Hoe het zonnestelsel zijn 'grote kloof' heeft gekregen, en waarom het belangrijk is voor het leven op aarde

[univers]

Een orrery, een type apparaat dat ooit werd gebruikt om de bewegingen van de planeten te volgen, zittend boven een infraroodbeeld van een hypothetische "protoplanetaire" schijf die het zonnestelsel misschien al vroeg in zijn geschiedenis heeft verdeeld. (Credit: K. Ebert / Innovative Ideas & Methods)

Wetenschappers, waaronder die van CU Boulder, hebben eindelijk het equivalent van het zonnestelsel van het Rocky Mountain-bereik geschaald.

In een studie die vandaag in Nature Astronomy is gepubliceerd , onthullen onderzoekers uit de Verenigde Staten en Japan de mogelijke oorsprong van de "Great Divide" van onze kosmische wijk. Dit bekende schisma kan het zonnestelsel hebben gescheiden net nadat de zon voor het eerst werd gevormd.

Het fenomeen lijkt een beetje op hoe de Rocky Mountains Noord-Amerika verdelen in oost en west. Aan de ene kant staan ​​'aardse' planeten zoals de aarde en Mars. Ze bestaan ​​uit fundamenteel verschillende soorten materialen dan de meer 'jovianen', zoals Jupiter en Saturn.

“De vraag is: hoe creëer je deze compositorische dichotomie?” Zei hoofdauteur Ramon Brasser, een onderzoeker aan het Earth-Life Science Institute (ELSI) aan het Tokyo Institute of Technology in Japan. "Hoe zorg je ervoor dat materiaal uit het binnenste en buitenste zonnestelsel niet al in het begin van zijn geschiedenis mengde?"

Brasser en co-auteur Stephen Mojzsis, een professor aan de afdeling Geologische Wetenschappen van CU Boulder , denken dat ze het antwoord hebben, en het kan gewoon nieuw licht werpen op hoe het leven op aarde is ontstaan.

Een zonneschijf bevat belangrijke aanwijzingen



Twee zogenaamde "ALMA-schijven" zoals te zien in infrarood licht rond verre sterren. (Credits: ALMA, ESO / NAOJ / NRAO)

Het duo suggereert dat het vroege zonnestelsel was verdeeld in ten minste twee gebieden door een ringachtige structuur die een schijf rond de jonge zon vormde. Deze schijf kan grote gevolgen hebben gehad voor de evolutie van planeten en asteroïden, en zelfs de geschiedenis van het leven op aarde.

"De meest waarschijnlijke verklaring voor dat verschil in samenstelling is dat het voortkwam uit een intrinsieke structuur van deze schijf van gas en stof," zei Mojzsis.

Mojzsis merkte op dat de Great Divide, een term die hij en Brasser bedachten, er tegenwoordig niet zo uitziet. Het is een relatief lege ruimte in de buurt van Jupiter, net voorbij wat astronomen de asteroïdengordel noemen.

Maar je kunt de aanwezigheid ervan nog steeds in het hele zonnestelsel detecteren. Verplaats de zon vanuit die lijn, en de meeste planeten en asteroïden hebben de neiging om relatief weinig organische moleculen te vervoeren. Ga echter de andere kant op richting Jupiter en verder, en er ontstaat een ander beeld: bijna alles in dit verre deel van het zonnestelsel bestaat uit materialen die rijk zijn aan koolstof.

Deze tweedeling "was echt een verrassing toen het voor het eerst werd gevonden," zei Mojzsis.

Veel wetenschappers gingen ervan uit dat Jupiter de agent was die verantwoordelijk was voor die verrassing. De gedachte was dat de planeet zo massief is dat deze mogelijk als een zwaartekrachtbarrière heeft gewerkt, waardoor kiezels en stof van het buitenste zonnestelsel niet naar de zon konden spiraalsgewijs bewegen.

Maar Mojzsis en Brasser waren niet overtuigd. De wetenschappers gebruikten een reeks computersimulaties om de rol van Jupiter in het zich ontwikkelende zonnestelsel te onderzoeken. Ze ontdekten dat hoewel Jupiter groot is, het waarschijnlijk nooit groot genoeg was in het begin van zijn vorming om de stroom van rotsachtig materiaal volledig te blokkeren om naar de zon te bewegen.

"We sloegen ons hoofd tegen de muur," zei Brasser. "Als Jupiter niet de agent was die verantwoordelijk was voor het creëren en onderhouden van die compositorische dichotomie, wat zou er dan nog meer kunnen zijn?"

Een oplossing in het zicht
Jarenlang hadden wetenschappers die een observatorium runnen in Chili, de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), iets ongewoons opgemerkt rond verre sterren: jonge sterrenstelsels werden vaak omringd door schijven van gas en stof die er in infrarood licht een beetje uitzien een tijgeroog.

Als een soortgelijke ring miljarden jaren geleden in ons eigen zonnestelsel bestond, redeneerden Brasser en Mojzsis, zou het theoretisch verantwoordelijk kunnen zijn voor de Grote Verdeling.

Dat komt omdat een dergelijke ring afwisselend banden van hoge en lage druk gas en stof zou creëren. Die banden zouden op hun beurt de vroegste bouwstenen van het zonnestelsel in verschillende afzonderlijke putten kunnen trekken - een die aanleiding zou hebben gegeven tot Jupiter en Saturnus, en een andere aarde en Mars.

In de bergen, "zorgt de grote kloof ervoor dat water op de een of andere manier wegloopt", zei Mojzsis. "Het is vergelijkbaar met hoe deze drukstoot materiaal zou hebben verdeeld" in het zonnestelsel.

Maar, voegde hij eraan toe, er is een voorbehoud: die barrière in de ruimte was waarschijnlijk niet perfect. Sommige buitenste zonnestelsel materiaal is misschien nog steeds over de kloof geklommen. En die voortvluchtigen zouden belangrijk kunnen zijn geweest voor de evolutie van onze eigen wereld.

"Die materialen die naar de aarde kunnen gaan, zijn die vluchtige, koolstofrijke materialen," zei Mojzsis. “En dat geeft je water. Het geeft je organische stoffen. '

De rest is de geschiedenis van de aarde.

https://www.colorado.edu/today/2020/01/13/great-divide

https://www.nature.com/articles/s41550-019-0978-6