Какая планета появилась первой в нашей Солнечной системе?

Планеты (вероятно) образовались в результате накопления планетезималей , и все они образовались примерно в один и тот же промежуток времени. Внутренние протопланеты имели доступ к большему количеству материи, поэтому они, вероятно, могли накапливать эту материю быстрее. С другой стороны, большая часть материи в Солнечной системе летучая, поэтому она, скорее всего, сконденсируется в более холодных частях протопланетного диска.

Кроме того, гравитация благоприятствует «жадному» механизму образования. Более массивная протопланета будет накапливать вещество быстрее, чем меньшая протопланета в том же регионе, из-за более сильной гравитации.

Большая часть материи Солнечной системы за пределами Солнца находится на Юпитере, поэтому разумно предположить, что Юпитер был одним из первых победителей в соревновании по сбору материи. Есть веские основания полагать, что Юпитер на самом деле сформировался ближе к протосолнцу, мигрировал еще ближе, а затем мигрировал наружу, когда накопил большую часть своей массы.

Из Википедии ,

Гипотеза большого пути предполагает, что Юпитер сформировался на расстоянии 3,5 а.е., затем мигрировал внутрь на 1,5 а.е., прежде чем изменить курс из-за захвата Сатурна в орбитальном резонансе, в конечном итоге остановившись около своей нынешней орбиты на 5,2 а.е.

Трудно узнать подробности формирования нашей планетной системы. К счастью, теперь у нас есть много данных о других планетных системах, в том числе о некоторых молодых системах, которые все еще находятся на ранних стадиях формирования, и эти данные помогают нам уточнять наши общие теории образования планетных систем, а также теории о формировании наша система. Тем не менее, многие из этих данных довольно грубы и предвзяты, потому что намного легче обнаружить большие экзопланеты, расположенные близко к своей звезде, чем маленькие удаленные.

Мы можем использовать компьютеры для проверки теорий формирования Солнечной системы. Вы создаете математическую модель с кучей планетезималей, пыли и газа, вращающихся вокруг прото-Солнца, а затем обрабатываете числа, чтобы увидеть, эволюционирует ли она во что-то, напоминающее настоящую Солнечную систему. Если это так, ваша модель может быть правильной. Если это не так, вы настраиваете параметры и пробуете снова. Этот процесс потребляет много вычислительной мощности, так как нужно производить точные гравитационные расчеты с участием сотен и тысяч объектов. Таким образом, люди, проводящие это исследование, обычно запускают свои модели много раз, выискивая четкие тенденции и помогая им отсеять эффекты, возникающие из-за ошибок, вызванных расчетами моделирования.

Эти исследования показали, что вполне вероятно, что многие планетезимали были выброшены во внешнюю часть Солнечной системы или даже из гравитационного колодца Солнечной системы в межзвездное пространство. И, конечно, многое было выброшено на Солнце.

Одна современная теория позднего формирования системы известна как модель Ниццы , первоначально опубликованная в 2005 году. Однако, как упоминается в этой статье, более поздние исследования показывают, что модель Ниццы нуждается в некоторых корректировках.

Исследование 2011 года утверждает, что существует высокая вероятность того, что в нашей системе изначально было 5 гигантов, но один из них был выброшен из системы.

Пятая гигантская планета молодой Солнечной системы? , Дэвид Несворный.

Абстрактный

Недавние исследования формирования Солнечной системы предполагают, что планеты-гиганты Солнечной системы сформировались и мигрировали в протопланетном диске, чтобы достичь резонансных орбит со всеми планетами в пределах 15 а.е. от Солнца. После рассеивания газового диска Уран и Нептун, вероятно, были рассеяны газовыми гигантами и приблизились к своим нынешним орбитам, рассеяв транспланетный диск планетезималей, остатки которых сохранились до этого времени в районе, известном как пояс Койпера.

Здесь мы выполнили интегрирование N тел фазы рассеяния между планетами-гигантами, пытаясь определить, какие начальные состояния правдоподобны. Мы обнаружили, что динамическое моделирование, начинающееся с резонансной системы из четырех планет-гигантов, имеет низкий уровень успеха в сопоставлении с нынешними орбитами планет-гигантов и различными другими ограничениями (например, выживание планет земной группы). Динамическая эволюция, как правило, слишком бурная, если Юпитер и Сатурн начинаются в резонансе 3:2, и приводит к конечным системам с менее чем четырьмя планетами.

Несколько начальных состояний выделяются тем, что они показывают относительно большую вероятность успеха в согласовании ограничений. Одни из статистически лучших результатов были получены при предположении, что в Солнечной системе изначально было пять планет-гигантов и один ледяной гигант с массой, сравнимой с массой Урана и Нептуна, был выброшен Юпитером в межзвездное пространство. Эта возможность представляется возможной ввиду недавнего открытия большого количества свободно плавающих планет в межзвездном пространстве, что указывает на то, что выбросы планет должны быть обычным явлением.

Это зависит от того, что вы подразумеваете под «формой». Все планеты начали свое формирование более или менее в одно и то же время в первые несколько сотен тысяч лет после сжатия протосолнечного облака. Но они закончили процесс своего формирования в разное время.

Твердые тела и планетезимали начали конденсироваться в течение нескольких сотен тысяч лет, а первые тела размером с планету (скажем, размером с Луну и выше), вероятно, сформировались в течение 1-3 миллионов лет в большинстве частей протосолнечной системы. Во внутренней части Солнечной системы, где плотность твердых тел была выше, возможно, что временные рамки для накопления этих твердых протопланетных тел удлинились бы при движении наружу в области с более низкой плотностью. Однако Спитцер и Кляйне (2021) показывают, используя различные методы радиометрического датирования, что древние метеоритные тела, изотопный состав которых указывает на то, что они образовались на разных радиусах протопланетного диска, тем не менее начали свое формирование в пределах миллиона лет или около того друг от друга.

Эти протопланеты и планетезимали не являются полностью сформированными планетами, которые мы видим сегодня. Внутренняя Солнечная система, вероятно, пережила 10-100 миллионов лет беспорядков и столкновений, прежде чем утвердилась в расположении из 4 планет, которое мы наблюдаем сейчас. Наша собственная Луна является свидетельством одного из таких титанических столкновений.

Текущие модели формирования Юпитера предполагают, что он полностью сформировался примерно через 5-10 миллионов лет, потому что аккреция его газовой оболочки на каменистое/ледяное ядро ​​(после того, как она накопилась) была бы очень быстрой. Я думаю, будет справедливо сказать, что «Юпитер сформировался первым» в том смысле, что он раньше всех достиг почти своего конечного состояния (мнение, разделяемое Круджером и др., 2017 г. , на основе метеоритного датирования, а также результатов гидродинамических моделей). Сатурн был бы немного медленнее, потому что его ядро ​​сформировалось позже, чем у Юпитера, и плотность газа была бы ниже дальше от него.

Ледяные гиганты, возможно, также полностью сформировались примерно через 10-20 миллионов лет, но в том смысле, что их более медленный рост мог быть усечен рассеянием протопланетного газового диска в то время. На самом деле маловероятно, что Уран и Нептун образовались там, где они были обнаружены, потому что скорость роста до удаления диска была бы слишком низкой.

Справедливости ради надо сказать, что многие детали этой картины еще прорабатываются. На мой взгляд, огромная неопределенность заключается в том, как долго протопланетный диск просуществовал и с какой скоростью он очищался изнутри наружу. Эта временная шкала, по сути, является временной шкалой образования планет-гигантов (хотя Юпитер мог быть достаточно большим, чтобы по существу аккрецировать весь газ, который он мог до рассеивания диска). Это также звучит как стартовая пушка для периода хаотической перестройки и столкновений во внутренней части Солнечной системы, потому что до удаления газа сопротивление удерживало бы планетезимали на правильных орбитах.

В дополнение к другим уже опубликованным прекрасным ответам я хотел бы опубликовать изображение диска, окружающего звезду HL Tauri, созданное в 2014 году с использованием ALMA, большой миллиметровой решетки Atacama в Чили.

Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Из пресс-релиза Стюарт Кордер, заместитель директора ALMA, сказал:

Эти особенности почти наверняка являются результатом образования в диске молодых планетоподобных тел. Это удивительно, поскольку ожидается, что такие молодые звезды не будут иметь больших планетных тел, способных создавать структуры, которые мы видим на этом изображении.

Хотя это, конечно, не является доказательством того, что все планеты в нашей Солнечной системе развивались примерно в одно и то же время, это изображение, безусловно, подтверждает более ранние модели почти одновременного образования планет из протопланетного диска.

По мере того, как улучшается качество наших телескопов, улучшается и качество наших наблюдений. Когда преобладающая модель подтверждается прямым наблюдением, она вызывает доверие у сообщества. Я с нетерпением жду наблюдений JWST за протопланетными дисками. Возможно, мы сможем увидеть попадание материала на планеты или сами планеты.

Старая теория образования планет заключалась в том, что они были оторваны от Солнца случайно прошедшей звездой и сконденсированы в твердые тела.

Считалось также, что планеты затвердевают из лавы в твердую скалу тем быстрее, чем дальше они находятся от солнечного тепла. Таким образом, самая внешняя планета будет самой старой, а самая внутренняя — самой молодой.

Но эта теория образования планет устарела уже около 70 лет.

Нынешняя теория состоит в том, что планеты образовались из диска газа и пыли, оставшихся после образования Солнца. Пылинки, которые сталкивались на достаточно малых скоростях, слипались, образуя большие пылевые комки. В конце концов были сформированы объекты размером с гальку, объекты размером с валун и еще более крупные объекты. В конце концов появились бесчисленные тысячи и миллионы plenetesimals, которые постепенно слипались, образуя большие массы. И некоторые из этих масс со временем приобрели достаточно высокие скорости убегания, чтобы захватить и удержать молекулы газа.

И есть много теорий об этом процессе и о том, как он работал. Так что, возможно, некоторые теории могут утверждать, что некоторые из нынешних планет начали формироваться и/или завершили формирование раньше, чем другие планеты. Но периоды формирования всех планет, вероятно, в значительной степени перекрывались.