Jupiter's migratie maakte de (bewoonbare) aarde mogelijk

NPO Wetenschap 23 maart 2015
Computersimulatie over vroegste geschiedenis van het zonnestelsel
Door: Arnout Jaspers


de meeste exoplaneten staan dicht bij hun ster
Ons zonnestelsel, met zijn rotsachtige planeten aan de binnenkant, wijkt sterk af van planetenstelsels rond andere sterren. Uit een computersimulatie blijkt nu dat de migratie van grootste planeet Jupiter het zonnestelsel heeft gereorganiseerd.
Ons zonnestelsel vergeleken met de nu bekende exoplaneten (de gekleurde bolletjes). Die draaien vrijwel allemaal dichter rond hun ster dan de aarde en Mars (nb: de afstandsschaal tot de ster is logaritmisch weergegeven).
Exoplaneten dicht bij hun moederster zijn het makkelijkst te ontdekken, maar er is geen afdoende verklaring waarom ons zonnestelsel in dat gebied relatief zo schaars met planeten is bezet.
© PNAS

Als het over exoplaneten gaat, is de strekking van het verhaal meestal, dat het er astronomisch veel zijn, en dat er dus ook veel planeten net als de aarde in het heelal moeten voorkomen. Maar dat staat nog te bezien. Ons zonnestelsel blijkt nu een uitzondering te zijn, doordat de ruimte in de directe nabijheid van de zon (binnen de baan van Mercurius) helemaal leeg is!
Ons zonnestelsel moet bijna gelijktijdig met de zon zijn ontstaan uit een oernevel en die theorie voorspelt juist dat veel grotere planeten dan de aarde en Mercurius veel dichter bij de moederster moeten rondraaien. Dat is ook het beeld dat oprijst uit de vele exo-planetenstelsels die tot nu toe zijn ontdekt.


de gevolgen van Jupiters dwaaltocht
Modellenbouwers moeten zich nogal in bochten wringen om een zonnestelsel als het onze uit hun computers tevoorschijn te toveren. Een belangrijke oplossing daarvoor is het 'Grand Tack'-scenario ('De grote koersverandering'), waarin reuzenplaneet Jupiter vlak na zijn ontstaan langzaam van buiten naar binnen migreert, tot een afstand tussen de huidige banen van de aarde en Mars.
Dat gaat zomaar niet, want in principe zijn de banen van planeten rond de zon stabiel. Vlak na het ontstaan was er echter nog zoveel gas en puin in de ruimte aanwezig, dat Jupiter in zijn baan rond de zon een aanzienlijke wrijving ondervond, waardoor hij werd afgeremd en geleidelijk in een steeds kleinere baan om de zon kwam.
Schema van wat er gebeurt met de planetesimalen (grote en kleinere brokken steen) als Jupiter naar binnen migreert en later weer naar buiten.
© PNAS

Nieuwe computersimulaties van astronomen Konstantin Batygin en Greg Laughlin laten nu zien, dat de naar binnen migrerende Jupiter de banen van vrijwel alle proto-planeetjes die dichter dan circa 1 Astronomische Eenheid (AE, de gemiddelde afstand aarde-zon) van de zon lagen dusdanig verstoorde, dat die al snel in de zon terecht kwamen.

Merkwaardig genoeg is Jupiter daarna weer terug naar buiten gemigreerd, naar zijn huidige positie, doordat rond die tijd Saturnus zich vormde in de buitengewesten van het zonnestelsel. Ook Saturnus is een reuzenplaneet, slechts weinig zwaarder dan Jupiter en door de onderlinge aantrekkingskracht van beide reuzen kan er een resonantie tussen hun baanbewegingen zijn ontstaan, waardoor de baan van Jupiter heel geleidelijk weer groter werd.


de baan die geschikt is voor leven
Het is kosmisch poolbiljart voor gevorderden, maar in theorie kan het allemaal. Onwaarschijnlijk is het wel.
De consequentie is dat in de grote meerderheid van de waargenomen gevallen de bewoonbare zone rond een ster geen kleine, rotsachtige planeten zoals de aarde bevat, maar onbewoonbare gasreuzen.
[De bewoonbare zone rondom de zon is de zone die voldoende ver van de zon af is gelegen zodat het er niet te heet is, maar ook weer niet zover dat het te koud zou worden voor het voorkomen van water in vloeibare toestand. Dat is noodzakelijk voor het ontstaan van levensvormen en de aarde bevindt zich als enige in ons zonnestelsel juist in dat gebied. Freek]
© Erik A. Petigura


National Geographic. Jupiter was de sloophamer van het vroege zonnestelsel

Miljarden jaren geleden moet de planeet Jupiter als een kosmische sloopbal door het vroege zonnestelsel zijn gezwiept en op zijn weg aardachtige planeten hebben verpulverd die kort tevoren waren ontstaan.
Auteur Andrew Fazekas. Datum, 27-03-2015

Deze verrassende conclusie, gepubliceerd in het vakblad Proceedings of the National Academy of Sciences, kan een antwoord geven op een vraag die wetenschappers lange tijd heeft gekweld: waarom is ons zonnestelsel zo anders dan andere stelsels?
Want de meeste planetenstelsels, althans in de Melkweg, lijken te zijn uitgerust met een standaardset van werelden die veel groter zijn dan de aarde en die in veel krappere omloopbanen rond hun ster draaien. Het zonnestelsel vertoont daarentegen een opvallend gebrek aan planeten dichtbij de zon.

Ons zonnestelsel begint steeds meer op een buitenbeentje te lijken
"Ons zonnestelsel begint steeds meer op een buitenbeentje te lijken", aldus Gregory Laughlin, medeauteur van de studie en astronoom aan University of California in Santa Cruz. Volgens Laughlin en zijn team moet de binnenste regio van het zonnestelsel bevolkt zijn geweest door enkele pas gevormde superaardes in krappe omloopbanen rond de zon, zoals dat ook in stelsels het geval is die in de hele Melkweg door planetenjagers worden ontdekt.
Het team denkt dat de aarde en haar rotsachtige buren zijn ontstaan uit de resten van grotere oerplaneten dichtbij de zon, lang nadat deze door aanvaringen met Jupiter uit elkaar waren gespat. Jupiter moet met veel machtsvertoon de regio van de aardachtige planeten zijn binnengedrongen, vervolgens 'overstag' zijn gegaan en de omgeving weer hebben verlaten, in een baan die door wetenschappers de 'Grand Tack' ('De grote koersverandering') wordt genoemd. Tijdens deze 'manoeuvre' bracht de aantrekkingskracht van Jupiter de rotsplaneten met fataal duw- en trekwerk uit hun koers, waardoor hun omloopbanen elkaar begonnen te overlappen en ze in een reeks apocalyptische aanvaringen werden verpulverd.
"Hetzelfde zou gebeuren als satellieten rond de aarde vernietigd zouden worden en de brokstukken ervan weer andere satellieten zouden raken: een kettingreactie van botsingen. Onze studie wijst erop dat Jupiter zo'n opeenvolging van aanvaringen in de binnenste regio van ons zonnestelsel heeft veroorzaakt", zegt Laughlin.
Het puin van deze botsingen werd naar de zon toe getrokken en opgeslokt, zodat de binnenste regio van het zonnestelsel werd schoongeveegd.

Uit de chaos
Uit de wrakstukken van deze chaotische periode moet volgens het 'Grand Tack-model' een tweede generatie hemellichamen zijn ontstaan: de huidige planeten.
Astronomen hebben meer dan vijfhonderd extrasolaire planetenstelsel met meerdere hemellichamen ontdekt, en deze stelsels bevatten doorgaans een stuk of wat planeten met massa's die enkele malen groter zijn dan die van de aarde. Deze superaardes draaien in banen rond de zon die krapper zijn dan de baan van Mercurius rondom onze zon. Daarnaast worden ook veel gasreuzen ter grootte van Jupiter in krappe banen rond hun sterren aangetroffen.
Het lijkt er op dat de huidige omloopbaan van Jupiter, relatief ver van de zon, het gevolg is van de aantrekkingskracht van Saturnus, die Jupiter naar de buitenste regio van het zonnestelsel trok. En omdat Jupiter onze buurt weer verliet, konden de huidige rotsachtige planeten ontstaan, waaronder de aarde.
"Er is veel bewijs voor de stelling dat Jupiter de binnenste regio van ons zonnestelsel binnendrong en daarna weer verliet. In onze studie kijken we naar de gevolgen daarvan", zegt Laughlin. "Waarschijnlijk was de 'Grand Tack' van Jupiter tegelijkertijd een 'Grand Attack' op de oorspronkelijke hemellichamen in onze regio van het zonnestelsel."

Jupiter aan de hemel
De komende paar maanden zullen amateur-astronomen Jupiter - de grote 'planetensloper' - zelf kunnen observeren, op onbewolke avonden.
De gasreus verschijnt als een van de helderste 'sterren' aan de avondhemel en domineer het firmament gedurende de late uren van de nacht. Zoek na zonsondergang naar een heldere, crèmekleurige 'ster' die tot halverwege de avondhemel opstijgt.
De vier grote manen, die Jupiter als kuikens naast een moederkloek begeleiden, zijn met zowel gewone verrekijkers als kleine telescopen te ontwaren. Ondanks het feit dat de planeet zich op 780 miljoen kilometer afstand van de aarde bevindt, zien we deze reus helder aan de hemel staan, als gevolg van zijn enorme omvang (met een diameter van 140.000 kilometer), maar ook omdat Jupiter over zijn gehele oppervlak wordt bedekt door een sterk reflecterende bovenlaag van wolken. Het weerkaatste licht van deze wolken moet een reis van 38 minuten door de interplanetaire ruimte afleggen voordat het op ons netvlies valt, hier op aarde.



terug naar het antropisch principe

terug naar het weblog







^