Астрономия для детей > Ответы на частые вопросы > Как сформировался Юпитер
Как появился Юпитер: описание рождения планеты для детей с фото, рисунок формирования Солнечной системы из туманности, защитник Земли от комет и астероидов.
Для самых маленьких должно быть известно, что, хотя ученым удается всматриваться глубоко в космос, они все еще не определились с тем, как же формируются объекты. Всегда интересно понять, как выглядит история Юпитера. Для этого придется объяснить детям, что сейчас существует две главных теории.
Первая – аккреция. Она прекрасно функционирует для маленьких объектов, но сталкивается с препятствиями, когда речь идет о Юпитере. Вторая – неустойчивость диска, которая и объясняет появление гигантов. Исследователи не прекращают изучение, чтобы отыскать наиболее верный способ.
По массе Юпитер превосходит сумму всех планет в 2.5 раз, поэтому сыграл важную роль в процессе эволюции всей системы. Новые теории истории Юпитера полагают, что планета передвигалась и разжигала материал. Возможно, ее движение повлияло на создание Марса, а также на бомбардировку скалистых планет.
Аккреция ядра
Возможно, дети уже не раз слышали, что свое начало Солнечная система берет из пыльной и газовой туманности, образовавшейся 4.6 миллиарда лет назад. Чтобы объяснить детям весь процесс, нужно вспомнить о силе гравитации, которая во время вращения начала разрушать материал. Большие обломки притянулись в центр и сформировали Солнце.
С появлением главной звезды материал начал сгущаться вокруг нее. Маленькие обломки сливались с другими, пока не начали появляться крупные объекты. Солнечный ветер сдувал легкие элементы и обходил тяжелые, благодаря чему и образовались скалистые планеты. Но по прошествии времени, ветра уменьшили давление на легкие элементы, позволив и им объединиться в газовых гигантов, а также астероиды, кометы, и спутники.
Родители или учителя в школе, рассказывая историю Юпитера, могут привести примеры с экзопланетами. Ученые долго рассматривали эти объекты и поняли, что они подтверждают аккреционную теорию. Астрономы используют специальный термин – «металлы» для объяснения «металличности». Это элементы, отличительные от водорода и гелия. Выяснилось, что звезды с большим количеством металлов в ядре располагают преимущественно гигантами, а не их меньшими «собратьями». В НАСА считают, что аккреция предполагает, что маленькие скалистые миры должны находиться в большем количестве, чем гигантские.
Например, в 2005 году нашли гигантскую планету, обладающую массивным ядром. Она вращается вокруг звезды солнечного типа HD 149026. Это доказывает, что экзопланета помогла укрепить доводы теории аккреции. Это подтвердил и астроном Грег Генри.
В 2017 году Европейское космическое агентство собирается отправить спутник CHEOPS, который будет заниматься изучением экзопланет размером от суперземель до Нептуна. Эти данные помогут лучше разобраться в том, как формировалась наша система.
Если следовать сценарию аккреции, то планетарное ядро должно разрастись до критической массы и только потом ускоряется утечка газа. Главным фактором прибавления критической массы является скорость, с которой нарастают планетезимали.
Неустойчивый диск
Аккреция прекрасно работает для земных планет, но в таком случае гиганты, вроде Юпитера, смогли бы эволюционировать чересчур быстро и притянуть большую часть легких газов. Но ни одна модель не могла объяснить такое быстрое формирование. На процесс ушло бы на несколько миллионов лет больше, когда легкие газы давно вышли из доступа. Аккреция также вынуждена столкнуться с проблемой миграции: детские планеты за короткий промежуток притягиваются к Солнцу.
Так что важно дать объяснение теории неустойчивости диска для детей. Согласно ей, пыль и газ были связаны на ранних этапах существования нашей системы. Постепенно они формировались в огромнейшую планету. Такие планеты создавались бы намного быстрее, чем в варианте аккреции (порой всего за 1000 лет), что позволило им притянуть легкие газы. Тем более, что им удается быстро набрать необходимую массу, чтобы не попасть в смертельные лапы Солнцу.
Как и на всех планетах, постоянные столкновения повышали температуру Юпитера. Плотные материалы опускались ближе к центру и формировали ядро. Некоторые ученые считают, что оно может быть горячим жидким шаром, а другие, что это твердый камень в 14-18 раз больше нашей планеты.
Галечная аккреция
Самая большая проблема с аккрецией ядра: необходимо, чтобы газовые гиганты сформировались достаточно быстро и успели притянуть более легкие компоненты. Однако, нужно объяснить детям, что недавно были проведены исследования того, как объекты размером с гальку сливались и создавали гигантов в 1000 раз стремительнее, чем в предыдущих теориях.
Это первая модель, где все начинается с простой структуры в солнечной туманности, из которой создаются планеты, а потом уже и гиганты. К этой теории вернулись в 2012 году исследователи Андрес Йохансен и Мишель Ламбрехтс. Они предположили, что мелкие камешки могут быть ключом к быстрому формированию планет-гигантов.
Дети должны понимать, что раньше мелкие гальки не принимали в расчет, полагая, что они ни на что не влияют. Но новые модели показывают, что даже из такой крохи может вырасти настоящая громадина. Пока предыдущие симуляции демонстрировали, как средние и крупные тела с постоянной скоростью притягивали небольшие камешки, новая показывает, что крупные объекты выступали хулиганами и насильственно вырывали камни из других тел.
Получается, что большие тела рассеивали меньшие, которые также рассеивали эти кусочки, пока мелкие вообще не достигали состояния обломков в виде диска гальки. Крупный объект как бы издевается на мелкими, чтобы впитать всю гальку и сформировать ядро гиганта.
Танцующие планеты
Важно объяснить для самых маленьких детей, что сначала ученые полагали, будто планеты сформировались на том месте, где мы их видим сегодня. Но обнаружение экзопланет показывает, что миры могут менять места «обитания». Первыми экзопланетами были «горячие юпитеры». Это горячие газовые гиганты больше Юпитера, делающие оборот вокруг звезды за пару дней или часов. Они не могли формироваться на месте, потому что высокая температура не позволила бы собрать водород и гелий. Тогда исследователи поняли, что некоторые газовые гиганты мигрируют по Вселенной.
Графическое представление экзопланеты, так называемого горячего Юпитера, который в космической суматохе подошел слишком близко к своей звезде
Дети могут и не знать, но наша система пострадала от «маленькой проблемы Марса». Модели планетарных образований могли учитывать правильные размер и позицию всех планет, но ни одной не удалось включить сюда Марс. Поэтому везде приходилось создавать меньший мир на марсианской орбите.
В 2011 году появилась модель Grand Tack. В ней Юпитер передвигался внутрь к звезде и рассеивал материал. В конце концов, скопление переместилось туда, где сейчас проходит Марс (дистанция, превышающая земную орбиту в 1.5 раз).
Оставшись в одиночестве, Юпитер мог пробраться во внутреннюю Солнечную систему. Но здесь Сатурн заставил его повернуть обратно, и обе планеты осели на своих новых орбитах.
Отличный сосед
Так как Юпитер появился так рано, то ему было суждено сыграть ключевую роль в процессе формирования всех остальных. Его огромная масса могла заставить планеты поменьше изменить свой курс, отправляя ближе к Солнцу или выталкивая подальше. То же самое происходило с кометами и астероидами.
Более того, Юпитер до сих пор берет на себя обязанности главного земного защитника. Но раньше все могло быть совершенно по-другому. Вначале он мог выбросить гигантский шторм материала, который обрушился на планеты земного типа. Причем некоторые не выдержали такого наплыва и покинули пределы Солнечной системы. В системах без таких планет, как Юпитер, воздействие слабее, но продолжается на протяжении всего существования планет. И все дело в том, что большинство камней застряли на околосолнечной орбите и без гигантской планеты не сдвинутся в сторону. Теперь для вас открылась не только история Юпитера, но и понимание того, какую роль газовый гигант Солнечной системы мог сыграть для Земли.