Meteoritter

Hvor gammel er Jupiter?

2024

Dette kan virke som et let spørgsmål at besvare: Det er på samme alder som solsystemet, 4,56 milliarder år.

Men det er ikke rigtig tilfældet. Solsystemet opstod ikke bare med det samme ; det tog noget tid at danne. Hvor lang tid er ikke klart, og det afhænger af, hvad du bruger til at starte uret. Er det da skyen af gas og støv, hvorfra solen og planeterne dannede, begyndte at kollapse? Eller da solen tændte, fusionering af brint i sin kerne ved at blive en fuldgyldig stjerne?

Et godt udgangspunkt er, da fast materiale begyndte at kondensere ud af disken af materiale, der hvirvlede rundt om proto-Sun og dannede små korn af mineraler. Dette er dateret til 4.568 milliarder år siden og er et ret godt sted at starte uret.

Efter den tid begyndte materiale at hænge mere sammen, blev større og større og til sidst dannede planeterne. Men detaljer tæller!

the hunger games, der brænder for vurdering

Zoom ind

Kunstners opfattelse af en protoplanetarisk disk. Som vores, da den var ung, skærer en stor planet i gang med at danne et stort hul i skiven. Kredit: Karen L. Teramura, UH IfA

En idé er, at Jupiter voksede ud af mindre protoplaneter, objekter større end omkring 1000 kilometer, som de selv voksede fra meget mindre sten og småsten. Estimater på, hvor lang tid dette tog, varierer fra 1 til 10 millioner år fra nul. Men det er en bred vifte! Fordi Jupiter er så massiv, påvirker det alt omkring det, så ved hvor længe det tog for at komme til sin enorme størrelse er vigtig for at forstå hvad andet foregik dengang i solsystemet.

Et nyt papir er netop blevet offentliggjort hævder, at Jupiter voksede meget hurtigt, tættere på 1-millionårsmærket. Og det kommer fra det, der virker som en mærkelig kilde: meteoritter.

Meteoritter kommer mest fra asteroider, som selv har en tendens til at kredser om solen mellem Mars og Jupiter. Asteroider er rester af murbrokker fra det tidlige solsystem, materiale, der aldrig blev en planet. Vi har masser af beviser for, at der var asteroider, der blev temmelig store og efterfølgende blev ødelagt, formentlig knust af gigantiske påvirkninger fra andre asteroider. Når asteroider slår ind i hinanden, skaber de affald, som også kredser om solen. Nogle gange krydser deres baner Jordens, og de falder til overfladen af vores planet, hvor vi kan samle dem op og studere dem: meteoritter.

Meteoritterne selv findes i mange forskellige varianter. Nogle er mere stenede, nogle har et højt kulstofindhold, nogle er metalliske. Dette afspejler deres fortid: hvor de i solsystemets disk dannes (for eksempel tættere på solen end Jupiters bane eller længere ude), om de engang var en del af en større krop, der blev forstyrret, om de selv blev påvirket over tid , og så videre.

I det nye arbejde undersøgte planetforskere tilstedeværelsen af wolfram og molybdæn i meteoritter. De valgte disse metaller, fordi de er tætte. I det tidlige solsystem, når en genstand blev stor nok til at have mærkbar tyngdekraft (måske omkring 1000 km i størrelse), ville tunge ting som jern, wolfram og molybdæn synke til kernen. Hvis vi finder en meteorit med masser af tunge grundstoffer, kommer det sandsynligvis fra en større krop, der blev knust; dette ville være sket omkring det tidspunkt, hvor de gigantiske planeter dannede sig, siden deres tyngdekraft rørte tingene op og ville have været årsag til knuste planetesimaler.

Crash Course Astronomy Episode 16: Jupiter

De ledte dog ikke bare efter wolfram og molybdæn; de så på forskellige isotoper . Disse er atomer, der har samme antal protoner i deres kerne, men forskellige antal neutroner. De gjorde dette, fordi forskellige isotoper dannes fra forskellige radioaktive processer, og disse tager forskellige mængder tid. Ved at måle de relative mængder isotoper i en prøve, de kan få en god idé om, hvor gammel den er, og også hvor i protoplanetarisk disken den dannede sig .

Hvad de fandt ud af er, at isotopforholdene opdeler meteoritterne i to forskellige grupper, der eksisterede sammen i tid, men blev adskilt i rummet omkring 1 million år efter at planeterne begyndte at danne sig . Disse to grupper kan endvidere adskilles i grupper tættere på Solen end Jupiter og dem længere ude.

Noget må have adskilt materialet, der dannede dem, og den mest sandsynlige synder er Jupiter selv; dens tyngdekraft splittede bogstaveligt talt disken i to og skårede et hul i den. De meteoritter, der dannede sig længere ude, var adskilte end dem tættere på. Det betyder, at Jupiter allerede må have været massiv nok til at påvirke sit miljø blot 1 million år efter, at planetdannelsen begyndte.

De konkluderer, at Jupiters kerne voksede hurtigt og allerede var tæt på 20 gange Jordens masse efter en million år. Det voksede derefter langsommere til omkring 50 gange Jordens masse efter cirka 4 millioner år. Til sidst indtog den nok gas omkring den til at vokse til sin nuværende uhyrlige masse på mere end 300 Jordarter.

Så sagen er lukket, ikke? Altså nej. Der er en anden idé at Jupiter ikke voksede nedefra og op, ved tilførsel af mindre kroppe til større. I stedet kan den have dannet ovenfra og ned og kondenseret direkte fra disken på grund af en gravitationsstabilitet, der stort set faldt en stor del af disken hurtigt sammen. Hvis det er tilfældet, ville Jupiter slet ikke have en kerne!

At kunne finde ud af, om Jupiter overhovedet har en kerne eller ej, ville hjælpe med at skelne mellem de to hypoteser. Det er en af hovedårsagerne til, at den vidunderlige Juno -sonde faktisk blev sendt til Jupiter. Data kommer stadig ind, men de foreløbige resultater er, at Jupiter har en kerne. Lidt. Overraskende synes kernen grødet og større end forventet. Disse resultater ligger mellem de to hypoteser, og udelukker heller ikke noget! Så vi ved det stadig ikke. Forhåbentlig vil flere data fra sonden, når den fortsætter i kredsløb om den gigantiske planet, hjælpe med at bestemme, hvad der er.

Så selvom denne nye undersøgelse er meget interessant og meget smart, vil jeg sige, at det ikke er en rygende pistol.

Hele denne videnskabelige bestræbelse på at finde ud af, hvad der skete i det tidlige solsystem, er interessant for mig. Naturligvis er videnskaben interessant, men forsøgene på at forstå den er i sig selv virkelig interessante! Forskere har arbejdet med det i årevis, men vi er lige begyndt at kunne anvende sofistikerede beregningsmodeller af fysikken for at se, hvordan objekter dengang opførte sig. Så det er ikke en helt ny idé, og den er heller ikke fuldt ud fastlagt. Det betyder, at data generelt kommer ind lidt efter lidt, masser af ideer smides rundt, computersimuleringer køres, nogle ting er udelukket, andre er stadig i gang. På grund af alt dette ser jeg papirer gå frem og tilbage med hypoteser, der modsiger hinanden, fordi ingen har det endelige bevis.

Husk, det er ikke en svaghed. Det er en styrke! Videnskab er normalt ikke en eureka -proces; det tager tid at finde ud af det, og når du har masser af mennesker med forskellige ideer, er den proces rodet. Men videnskabens bue bøjer mod sandheden. Efterhånden som vi laver bedre observationsinstrumenter (i dette tilfælde teleskoper og rumfartøjer), udfører flere eksperimenter og bruger mere avancerede modeller, forstår vi tingene bedre.

Disse nye resultater indikerer, at Jupiter blev dannet hurtigt og er den ældste planet i solsystemet; efter hvad vi kan fortælle Jorden dannet i løbet af 10-100 millioner år efter at de første partikler begyndte at samle sig selv. Det kan være rigtigt. Det er det måske ikke. Men i begge tilfælde er Jupiter et objekt af intens interesse og værdig til vores undersøgelse.

Pokker, i hvert fald er det vores storesøskende. Jeg synes, det er en god idé at lære det bedre at kende.

Billedkredit: Tanke Cafe og Crash Course Astronomy