هل تم إخراج عملاق غاز خامس من نظامنا الشمسي؟

يحتوي نظامنا الشمسي على ثمانية كواكب رسمية - أربعة عوالم عملاقة للغاز مثل كوكب المشتري وأربعة عوالم صخرية صغيرة مثل الأرض. لكن إلى أن كان عمر النظام الشمسي 600 مليون عام ، ربما كان لديه كوكب عملاق خامس. ما هو أكثر من ذلك ، ربما تكون الأرض قد نجت من تصادم مع المريخ أو كوكب الزهرة من خلال العملية التي تم بها إخراج هذا العالم العملاق الخامس من نظامنا الشمسي.

الدكتور ديفيد نيسفورني من معهد ساوثويست للأبحاث في بولدر ، كولورادو مؤلف لمقال عن هذا الموضوع نُشر في The Journal Astrophysical Journal Letters هذا الشهر (نوفمبر ، 2011). اعتاد ما يسمى نظرية كوكب المشتري القفز لاستنتاج أن النظام الشمسي قد يكون في الأصل خمسة عوالم الغاز العملاقة.

صورة الائتمان: معهد البحوث جنوب غرب

وفقًا لـ Nesvorny ، بعد 600 مليون عام من تاريخ نظامنا الشمسي ، تأثرت مدارات الكواكب العملاقة بعدم الاستقرار الديناميكي . هذا هو عدم الاستقرار الجاذبية الناجمة عن حقيقة العديد من الهيئات في المدار حول الشمس. نتيجة لهذا الاضطراب ، انتشرت الكواكب العملاقة والأجسام الصغيرة بعيداً عن بعضها البعض.

وفقًا لهذا السيناريو ، انتقلت بعض الأجسام الصغيرة إلى حزام كويبر لتصبح أشياء مثل بلوتو وإيريس. سارت أجسام صغيرة أخرى إلى الداخل ، مما أدى إلى آثار على الكواكب الأرضية وترك وراءها الحفر على سطح القمر الذي ما زلنا نراه حتى اليوم. وقال Nesvorny الكواكب العملاقة انتقلت كذلك. كوكب المشتري ، على سبيل المثال ، وهو أكبر هيئة في نظامنا الشمسي اليوم إلى جانب الشمس ، يبعثر معظم الأجسام الصغيرة في الخارج وينتقل إلى الداخل.

هذا السيناريو يمثل مشكلة ، ولكن. إن التغييرات البطيئة في مدار كوكب المشتري ، مثل تلك المتوقعة من التفاعل مع الأجسام الصغيرة ، كانت تنقل الكثير من الزخم إلى مدارات الكواكب الأرضية ، مما يؤدي إلى إثارة أو تعطيل النظام الشمسي الداخلي وربما التسبب في تصادم الأرض مع المريخ أو كوكب الزهرة. قال نيسفورني:

اقترح الزملاء طريقة ذكية للتغلب على هذه المشكلة. اقترحوا أن مدار كوكب المشتري قد تغير بسرعة عندما انتشر كوكب المشتري من أورانوس أو نبتون خلال عدم الاستقرار الديناميكي في النظام الشمسي الخارجي.

نظرية قفز المشترى ، كما هو معروف ، أقل ضررا على النظام الشمسي الداخلي ، لأن الاقتران المداري بين الكواكب الأرضية والمشتري ضعيف إذا قفز المشتري.

أجرى Nesvorny الآلاف من عمليات المحاكاة الحاسوبية للنظام الشمسي المبكر لاختبار نظرية القفز على المشتري. وجد أنه ، كما هو مأمول ، في عمليات المحاكاة ، قفز المشتري في الواقع من خلال نثره من أورانوس أو نبتون. عندما قفز ، ومع ذلك ، تم إخراج أورانوس أو نبتون من النظام الشمسي. وبما أن كلا الكواكب لا يزالان يدوران حول الشمس ، قال نيسفورني:

كان هناك خطأ ما بوضوح.

بدافع من هذه النتائج ، تساءل Nesvorny ما إذا كان النظام الشمسي المبكر كان يمكن أن يكون خمسة كواكب عملاقة بدلا من أربعة.

عملاق الغاز الخامس في نظامنا الشمسي؟ إذا كانت موجودة ، أجبرتها عوامل عدم الاستقرار على الخروج من عائلة شمسنا. صورة الائتمان: معهد البحوث جنوب غرب

عن طريق تشغيل المحاكاة مع كوكب عملاق إضافي مع كتلة مماثلة لتلك التي أورانوس أو نبتون ، سقطت الأمور فجأة في مكانها. تم إخراج كوكب واحد من النظام الشمسي من قبل كوكب المشتري ، تاركا وراءه أربعة كواكب عملاقة ، وقفز كوكب المشتري ، وترك الكواكب الأرضية دون عائق. هو قال:

يبدو أن احتمال وجود النظام الشمسي في البداية أكثر من أربعة كواكب عملاقة ، وقذف بعض الكواكب ، أمر يمكن تصوره في ضوء الاكتشاف الأخير لعدد كبير من الكواكب العائمة الحرة في الفضاء بين النجوم ، مما يشير إلى أن عملية طرد الكوكب قد تكون شائعة حادثة.

خلاصة القول: تشير المحاكاة الحاسوبية التي أجراها عالم فلك في معهد ساوث وست للبحوث في بولدر إلى أن نظامنا الشمسي ربما كان يحتوي على خمسة كواكب عملاقة للغاز ، بدلاً من أربعة. استخدم الدكتور ديفيد نيسفني ما يسمى نظرية كوكب المشتري القفز للوصول إلى هذا الاستنتاج.