Kai pradėjome atrasti kitų žvaigždžių planetų sistemas, manėme, kad daugelis jų bus panašios į mūsiškę. Radome jų jau šimtus – ir kol kas, panašu, klydome

Kadaise buvo planetų sistema. Ir keturios mažos uolinės planetos joje – Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas. Buvo ten ir didelės dujinės planetos: Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas. Keturios mažosios planetos gyveno arti šviesulio, nes jo karštis viską nupūtė, palikdamas mažosioms planetoms tik plikas uolienas. Bet štai toliau – šalčiau ir ledo daug aplinkui, todėl planetos augo didelės ir dujų daug surinko.

Šis pasakojimas iš pradžių nebuvo rašytas kaip pasaka. Dar gan neseniai tai buvo tvirtai paremtas pasakojimas apie Saulės sistemos formavimąsi – iš tiesų, kaip formuojasi bet kokia planetų sistema. Bet pastarąjį dešimtmetį ar panašiai, šis pasakojimas ėmė rodytis, na, truputėlį pritemptas.

Galaktikoje randame daugybę kitų žvaigždžių sistemų, ir nė viena nepanaši į mūsų. Yra dujinių milžinių greta savo žvaigždžių, didesnių už Žemę uolinių planetų, kompaktiškų sistemų, kur uolinės planetos įsiterpusios tarp dujinių milžinių – pilna visokiausių. Iš pradžių galėjome tokias egzotiškas egzoplanetas vertinti kaip keistuoliškas, bet atradus jų tūkstančius, tokio požiūrio argumentacija ima rodytis vis silpnesnė.

Iškyla naujas planetų sistemų formavimosi vaizdas, kur žvaigždžių sistemos formuojasi planetų kūrimosi chaose, o rezultatas nėra užtikrintas. Todėl iškilo būtinybė peržiūrėti savo pačių sistemos istoriją, ir kol tuo užsiimame, garsėja primygtinis klausimas: gal same ne archetipinė planetų sistema, o keistuoliai?

Keistumai prasidėjo praėjusio amžiaus paskutinio dešimtmečio pradžioje, atradus pirmąsias apie normalias žvaigždes besisukančias egzoplanetas. Jos pavadintos karštaisiais Jupiteriais: dujinės milžinės buvo labai arti žvaigždės, tad, apie ką apsukdavo vos per kelias dienas.

Tai aiškiai buvo netinkami pasauliai netinkamoje vietoje. Planetos formuojasi jauną žvaigždę supančio dulkių disko. Norint sukurti dujinę milžinę, iš pradžių reikia, kad susidarytų kelis kartus už Žemę masyvesnis kietas branduolys, aplink kurį kaip traukos centrą galėtų kauptis dujos. Jaunų žvaigždžių skleidžiamas spinduliavimo srautas tokią užduotį greta žvaigždės padarys neįmanoma. „Šiame regione taip karšta, kad viskas išgaruoja,“ sako Hannah Wakeford iš Bristolio, JK. „Niekas, ir sakau nedvejodamas, niekas, negalėtų teigti, kad šie ultrakaršti Jupiteriai susiformavo šalia savo žvaigždžių,“ sako Stephen Mojzsis iš Kilmės tyrimų sandarbio Boulderyje, Kolorado valstijoje. Tad, lieka tik vienas būdas: karšti Jupiteriai turėjo formuotis kažkur kitur ir prisiartinti. Bet kaip perkraustyti planetą?

Teoretikai mikliai sugalvojo atsakymą. Planetos masei augant, jos gravitacija gali sukurti tankio skirtumus dujų diske, kuriame ji formuojasi, tuo pačiu pakeisdama planetos kampinį momentą, sukeliantį sukimąsi spirale vidun ar išorėn. Tai paverčia plentų formavimąsi dinamišku, o ne vangiu ir tvarkingu procesu, kaip įsivaizdavome, kur viskas susiformuoja savo vietoje ir ten lieka.

Šis dinamizmas padėjo paaiškinti kitas egzoplanetų keistenybes. Buvo tokių pasaulių, kaip HD 37605 b, dujinių milžinų, skriejančių šalia savo žvaigždžių ir beveik trigubai masyvesnių už Jupiterį, kurių orbita labai elipsiška ir primena kometos, o ne beveik apskritos kaip pridera planetoms. Buvo ir Kepler-20 sistema, kur dvi Žemės dydžio planetos įsiterpusios tarp trijų Neptūno dydžio pasaulių. Ar Kepler-90, kurios aštuonios planetos, nuo Žemė iki Jupiterio dydžio, sukasi apie Saulę primenančią žvaigždę. Jų dydžiai išsirikiavę, kaip įprasta, bet jų orbitos susigrūdusios į orbitas, kurios visos yra arčiau žvaigždės, nei Žemė skrieja apie Saulę.

Visa tai kelia mintį, kad dabar regimos planetų sistemos iš pradžių tokios nebuvo. Remiantis senu mūsų supratimu, kuo toliau nuo žvaigždės planeta, tuo daugiau kietos medžiagos buvo jai formuotis, ir tuo didesnė ji turėtų būti. Tačiau nuo tam tikros ribos medžiagos tankis ima mažėti ir planetos vėl turtų darytis mažesnės.

Būtent čia mūsų sistemoje yra dvi didelės problemos: Uranas ir Neptūnas. Nors šie ledo milžinai išties gerokai mažesni už Saulės sistemos dvi megaplanetas – Jupiterį ir Saturną, mūsų modeliams, aiškinantiems kaip jie susiformavo ten, kur yra dabar, jie gerokai per dideli.

Stilingą problemos sprendimą pateikė Nicos modelis, pavadintas pagal Prancūzijos miesto, kuriame 2005 jis buvo suformuluotas, pavadinimą. Pagal jį, visos keturios dujų milžinės iš pradžių skriejo kompaktiškesne konfigūracija, bet gravitacinė sąveika – iš pradžių su jų pačių formavimosi liekanomis, o tada ir tarpusavio – išsklaidė jas į dabartines orbitas. Be Urano ir Neptūno dydžio paaiškinimo, besisukančių milžinių gravitacinis nestabilumas vilnijo per visą ankstyvąją planetų sistemą, dėl ko asteroidai buvo nukreipiami tiesiai į Saulę, kas paaiškina Mėnulio kraterius. Tai galėtų paaiškinti, kaip Jupiteris įgijo trojėnų armiją – orbitoje dviejuose spiečiuose įstrigusias ~10 000 uolų, ir Kuiperio juostą – už Neptūno orbitos esantį uolinės medžiagos žiedą, – kuriame skrieja ir Plutono nykštukinė planeta, – kuri buvo išsvaidyta migracijos metu.

Nicos modelis prikaustė planetologų fantazijas, nors vienas iš jo autorių, Hal Levison iš Pietvakarių Tyrimo instituto Boulderyje, Kolorade, perspėja: „Jei būtumėte paklausęs mūsų ar kalbėsime apie tai ir 2021 metais, būtume juokęsi, nes modeliai randasi ir nyksta,“ sako jis. „Jis iš tiesų išsprendė daug problemų, tačiau tai tėra modelis. Dėl to jis netampa teisingas.“

Kaip bebūtų, jis tapo karkasu, kuriame astronomai piešia dinamišką mūsų planetos istorijos pradžią – gal net susijusią su išorine įtaka (žr. „Kai susiduria planetų sistemos“). „Visuotinai sutariama, kad mūsų planetų sistemoje didžiosios planetos migravo,“ sako Mojzsis.

Migracija galėtų paaiškinti ir paslaptingiausią mūsų sistemos trūkumą. Joje yra mažos, uolinės planetos, kaip Žemė ir yra dujinės milžinės, kaip Neptūnas ir dar didesnės, bet tarpinių dydžių planetų nėra – jei neskaičiuosime pranešimų apie mūsų sistemos paribiuose klajojančią vidutinio dydžio Devintąją planetą. Tokia vidutiniokė galėtų būti didelė uolinė planeta (a super-Žemė), ar maža dujinė milžinė (mini-Neptūnas). Drauge, vidutinio dydžio pasauliai yra daugiau nei pusė žinomų pasaulių. „Tas faktas, kad jų pilna, kur bepažvelgtume, rodo, kad jas sukurti nesunku,“ svarsto Wakefordas.

 

„Kyla klausimas: kur kitos planetų sistemos, panašios į mūsiškę?“

Tokį trūkumą galėtų paaiškinti Jupiterio migravimas link Saulės, sutrikdęs erdvę, kurioje būtų galėjusi formuotis super-Žemė. Tai paaiškintų ir kodėl Marsas toks keistai mažas, vos dešimtadalio Žemės masės: medžiagą, iš kurios jis būtų galėjęs formuotis, surijo migruodamas Jupiteris.

Jeigu Jupiteriui būtų leista, jis vidines planetas – įskaitant Žemę – būtų nustūmęs į Saulę ir pats tapęs karštuoju Jupiteriu. Tačiau sumanymas neišdegė, nes mūsų sistemoje yra ne vienas, o du milžinai – Saturnas išgelbėjo mūsų kailius. „Jis maždaug 80 procentų Jupiterio dydžio, tad Jupiteris negalėjo jo nutempti,“ sako Wakefordas. Pagal šį modelį Saturnas irgi migravo vidun, bet greičiau už Jupiterį. Priartėję, jie gravitaciškai susirakino, kas sulėtino jų migraciją, o paskui ir apsigręžė atgalios, šis scenarijus vadinamas „didžiuoju susikabinimu“.

Vėl pasakos? Galbūt. Mojzsis mano, kad nors idėja veikia dinamiškai, geochemiškai ji pasmerkta. „Didysis susikabinimas nepaaiškina planetų chemijos,“ sako jis. Jeigu Jupiteris keliavo vidun, viskas turėjo susimaišyti, bet Žemės ir Marso sudėtis iš esmės skiriasi.

Tačiau, nepaisant detalių, jei tikėsime 1870 metais Indijoje nukritusio meteorito analize, yra tvirtų migraciją patvirtinančių įrodymų. Anksčiau šiais metais, Fridolinas Spitzeris iš Münsterio universiteto Vokietijoje su kolegomis parodė, kad Nedagolla meteorite yra ir vidinės, ir išorinės sistemos dalies ingredientų, kas rodo, kad kažkas juos turėjo sumaišyti.

Bet jei mūsų sistemoje planetos migruoja kaip ir kitur, kyla klausimas: kur kitos planetų sistemos, panašios į mūsiškę? Dešimto dešimtmečio pradžioje astronomai buvo tikri, kad per penkiolika metų rasime savo planetų sistemos sesę – svarbiausia, su Jupiterio dydžio planeta ten, kur Jupiteris yra mūsų sistemoje. Praėjus ketvirčiui amžiaus, žinome apie 5000 egzoplanetų maždaug 3600-uose planetų sistemų, iš kurių gal 800-uose yra kelios planetos. Super-Žemių, mini-Neptūnų ir karštųjų Jupiterių netrūksta, kaip, tarkime kompaktiškoje sistemoje Kepler- 90. Bet aptikta mažai „Jupiterių Jupiterių“.

Tai gali būti susiję su tuo, kaip mes egzoplanetų ieškome. Problema yra aptikimo polinkis, sako Hugh Jones iš Hertfordshiro universiteto, JK. Visi aptikimo metodai jautriausi tam tikriems pasauliams. Pavyzdžiui, radialinio greičio apžvalgos aptinka žvaigždžių šviesos spalvos pokytį, kylantį dėl aplink jas besisukančių planetų gravitacijos. „Tranzito“ apžvalgos, kaip Kepler kosminiu teleskopu, planetų ieško pagal žvaigždžių šviesio sumažėjimą, kai planetos praskrieja pro jų diską ir daugiausiai randa itin kompaktiškas planetų sistemas.

Dėl tokio neobjektyvumo sunku užtikrintai apibrėžti, kas yra „normalu“. Tokios sistemos, kaip mūsų, gali būti gan paplitusios, tiesiog mes jų dar nematėme. 15 metų terminas aptikti sistemą, panašią į mūsų, pasirinktas, atsižvelgus, kad Jupiteris aplink Saulę apsisuka per 12 metų, tad panaši planeta kitoje sistemoje per tiek laiko turėtų apsireikšti. Bet „astronomai linkę būti optimistais“, sako Richardas Parkeris iš Sheffieldo universiteto, JK. „Taigi, jei sako 15 metų, tikriausiai galvoje turi 30.“

Dar Nicos modelis parodo, koks planetų formavimasis yra jautrus proceso detalėms. Nors modelis buvo kurtas atkartoti Saulės sistemą, jį vos šiek tiek pakeitus, susidaro visai kitoniška planetų sistema. „Bet koks mažas pokytis lemia visiškai kitokį rezultatą,“ pastebi Wakefordas. Pavyzdžiui, Neptūnas galėjo būti iš viso išsviestas iš sistemos, o ne nukištas į tolimą orbitą, o Žemės orbita galėjo tapti elipsinė, kas būtų gerokai sumažinę jos tinkamumą gyventi.

Wakefordas pabrėžia, kad dar ne visai suprantame, kaip šie niuansai gali lemti tokius skirtingus rezultatus. Parkeris jam antrina: „Kodėl neturėtume tikėtis, kad planetų sistemos skirtingos, jei žvaigždžių [formavimosi] procesai gali būti visiškai skirtingi?“

Laimei, nauja informacija jau keliauja. Europos kosmoso agentūros (ESA) misija Gaia ir Europos Pietų observatorijos Labai didelio teleskopo (VLT) interferometras ieško egzoplanetų kitu būdu, stebėdami planetų traukos sukeliamus žvaigždžių pozicijos pokyčius. Kepler įpėdinė ESA 2026 Plato misija, optimizuota ieškoti Žemės dydžio planetų panašių į Saulę žvaigždžių gyvenamoje zonoje. „Visa tai padės sumažinti šališkumą įvairiose atradimų erdvės dalyse,“ dėsto Jonesas.

Tuo tarpu galime kliautis mūsų pačių planetų sistemos vystymosi istorijos tyrimo pažanga. NASA Lucy misija keliauja link trojėnų. Per 12 metų misiją, ji aplankys ir pirmą kartą iš arti charakterizuos septynis abiejų spiečių asteroidus. Jeigu trojėnai iš tiesų yra planetų migracijos rezultatas, jų sudėtis galėtų suteikti svarbias Saulės sistemos ankstyvosios raidos užuominas. „Manau, jau išsivystėme tiek, kad turime daug idėjų ir nepakanka duomenų atskirti vieną modelį nuo kito,“ sako Levisonas, iš teoretiko perėjęs prie Lucy misijos tyrėjo pareigų.

Dar nežinia, ar kurie nors pasiekimai paaiškins mūsų sistemą ir mūsų vietą joje, ar tiesiog dar labiau viską sujauks. Kas neabejotina, tai kad mažiausiai vienos žvaigždės sistemos planetos išsidėstė taip, kad uolinėje planetoje susidarė gyvybei palankios sąlygos. Tad, kokia pasaka tai bebūtų, ji – ne be laimingos pabaigos.

Komentarai (2)