Учёные представили единую теорию формирования землеподобных планет

Новая теория убедительно объясняет происхождение самого распространённого типа планет в нашей галактике – суперземель.

1103
Погляд художника на екзопланету Kepler-62 f, розташовану в населеній зоні помаранчевого карлика на відстані 1200 світлових років від нас. Вона майже втричі важча за нашу планету і є типовим представником так званих суперземель. Зображення: NASA Ames | JPL-Caltech | Tim Pyle

Вчені представили єдину теорію формування кам’янистих планет, яка може пояснити походження суперземель і те, чому в межах однієї планетної системи вони так схожі за розмірами одна на одну.

Суперземлі – клас екзопланет, які більші за Землю. Деякі з них мають водневу атмосферу, що робить їх схожими на газових гігантів. Такі екзопланети часто знаходять поблизу своїх материнських зірок, що дає припущення про міграцію з більш віддалених орбіт. У роботі 2021 року, опублікованій у журналі Nature Astronomy, група вчених під керівництвом Батигіна і Морбіделлі припустила, що у Сонячній системі планети формувалися в різних кільцях протопланетного диска – внутрішньому, де утворилися малі кам’янисті планети, і зовнішньому – для масивних об’єктів.

У нашій моделі суперземлі формуються в холодній частині протопланетного диска і мігрують у внутрішню. Ця теорія пояснювала їхні маси та орбіти, але передбачала, що вони багаті на воду. Нові дослідження екзопланет показують, що суперземлі, навіть маючи водневу атмосферу, є кам’янистими.

Алессандро Морбіделлі, обсерваторія Лазурного берега

Крім того, вчені знайшли у суперземель нову цікаву особливість – у межах однієї планетної системи всі вони схожі одна на одну за розмірами та параметрами орбіт.

Відповідь на питання, як єдиний процес призвів до утворення кам’янистих планет у Сонячній системі та однорідних систем суперземель, пов’язана з теорією Батигіна і Морбіделлі, висунутою 2020 року.

Тоді вчені запропонували теорію про утворення галілеєвих супутників Юпітера. Її суть у тому, що сила, яка притягує частинки до Юпітера, і сила, яка тягне їх у зовнішньому потоці газу – врівноважені, що створює кільце будівельного матеріалу супутників. Тіла збільшуватимуться, доки від дії сили газу не вийдуть із кільця, після чого і припиниться їхнє зростання.

У новій роботі, підкріпленій і комп’ютерним моделюванням, учені припускають, що механізм формування суперземель подібний до цього процесу – кільце матеріалу стає “фабрикою планет”, що виробляє їх однаковими за розміром і параметрами орбіт. А коли вони стають досить великими, взаємодія з кільцем змушує їх мігрувати.

Якщо припустити, що перші тверді тіла формуються в таких кільцях, а не по всьому протопланетному диску, нова теорія може пояснити різні типи планетних систем. Якщо речовини в кільці мало, утворюється система, подібна до кам’янистих планет Сонячної системи, а якщо багато – планети зростають доти, доки не мігрують із кільця, внаслідок чого утворюється система схожих суперземель.

Джерело

13 Comments

Show All

Please, into your profile to comment posts, make bookmarks and rate other users. It takes two clicks to create a profile or log in.

Лют 15, 2023 10:24

цікаво було б відтворити результати дослідження. цікаво чи хто-небуть коли-небуть намагається перевіряти результати таких досліджень. справа в тому, що в основі цієї роботи симуляція, виконана софтом (що є у вільному доступі) що обчислює гравітаційну взаємодію багатьох тіл. що крім гравітації там враховано – невідомо, хоч досить не важко про це дізнатися (скоріш за все – нічого). Але навіть якщо тільки гравітація – теж цікаво як у тому софті реалізовано моделювання наприклад зіткнень тіл.

софту вже 20 років, написаний на фортрані (sic!) зовсім іншими людьми. Наукова новизна так би мовити як я зрозумів полягає в спробі моделювання утворення планет саме з кільця. Як я зрозумів питання утворення того кільця, так само як і питання подальшої долі утворених в кільці планет не розглядаються.

Автори взяли загально-відому бібліотеку, дописали якусь процедуру (процедуру теоретично теж можна отримати за запитом до одного з авторів, але в загальному доступі її нема), просимулювали, щось отримали. Надрукували. Питання доказовості, верифікації та відтворюваності цієї роботи на мій погляд під питанням.

Якщо комусь як і мені цікавий базіс цієї роботи – код бібліотеки mercury6 тут: https://gemelli.spacescience.org/~hahnjm/software/mercury6.2jh/

Лют 15, 2023 11:27

Вообще-то раз статья опубликована в Nature Astronomy, значит она прошла процесс peer review.

Что касается воспроизведения результатов вообще и матмоделирования в частности, то это в современной науке больное место. Работы много, а лавров с гулькин нос. Скандалы возникают чаще в более конкурентной среде, вроде биологии.

Лют 15, 2023 13:01

“статья опубликована в Nature Astronomy, значит она прошла процесс peer review”
це зрозуміло. також головний автор не з ПТУ а з caltech із купою попередніх робіт із схожих питань. останнє значно полегшує роботу рецензентам, які вже вичитували попередні роботи.

Я трошки сумніваюся у цінності цієї роботи а також у тому, що хто-небуть за межами групи авторів верифікує результати. А також у тому, що не можна покращити результати симуляції, використавши більш складну фізику, ніж та, яка закладена у фортран-бібліотеці 20 років назад, де нема нічого крім гравітації та непружних зіткнень.

Чесно кажучі я майже впевнений, що бібліотеці на 20-30 років більше, бо здорова людина не буде 2002 року писати на фортрані. І це не означає що вона погана, але натякає, що зараз можна побудувати набагато складнішу модель, врахувавши більше чинників, ніж дозволяли компи часів фортрану.

Лют 15, 2023 10:32

Я не знаю хто вигадав такий гучний заголовок “вчені презентували єдину теорію формування землеподібних планет”, але в оригіналі робота називається набагато скромніше:
Formation of Rocky Super-Earths From A Narrow Ring of Planetesimals
та ще б було додати: спроба моделювання.

Лют 15, 2023 11:16

Опередил.

Особенно потешно выглядит “единая теория” в отношении одного специфического класса планет. 😉

Лют 15, 2023 13:01

Всегда нравился хтонический вариант образования супер земель. Простой и красивый вариант, хотя не бьётся по наблюдениям.

Лют 15, 2023 13:56

Печально, что супер земель много. Из-за большой силы тяжести на них уменьшается вероятность развития технологических цивилизаций, а о космических полётах можно забыть из-за большой первой и второй космических скоростей на них. Зона обитания там пропадает зря. Разве что супер земли с очень большой скоростью вращения – запуск в космос только с экваториальных областей.

Лют 15, 2023 14:04

Може я неправильно зрозумів “мало речовини в кільці”, але чи може імовірність утворення суперземель залежати від “покоління” материнської зорі? Умовно, чим пізніше формується система, тим більше важчих елементів (ака астрономічних “металів”) у протопланетній хмарі й тим більша імовірність отворення суперземель і менша утворення землеподібних? Тобто, із плином часу формуватиметься усе менше земель (чи спершу більше, а потім менше – спочатку заважає брак металів, а потім надлишок)?

Лют 15, 2023 14:49

Про “мало вещества” речь идет в контексте отсутствия супер-земель в Солнечной системе. Для одного из авторов, К. Батурина, это душевная рана. Они с Брауном лет уже 10 назад предсказали такую 9ю планету, с тех пор и ищут ее.

Лют 15, 2023 15:16

Для одного из авторов, К. Батурина, это душевная рана.
Знаю Батыгина, который К., который ищет новую планету. Наверное о нём речь?