木星が初期の地球に水を与えた方法

太陽系の初期の頃になると、木星は疑わしい評判を持っています。 いくつかの点で、巨人は地球の保護者として働き、その重力は岩石惑星から危険な破片を発射しました。 同時に、木星は物質も内部に投げ込み、水素が豊富な小惑星や惑星の胚、または微惑星を混雑した若い地球惑星に衝突させた可能性があります。

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現在、研究者たちは、そうすることで、木星や他のガスの巨人が岩の世界にとって重要な何か、水に貢献したかもしれないと示唆しています。

最も巨大な世界は、岩だらけの世界に落ちるために、外側の太陽系からの水に富んだ破片を羊飼いしたかもしれません。 そして、新しい研究は、私たちが知っているように人生の重要な成分である液体の配達が運ではなかったかもしれないことを示唆しています。 代わりに、ガスジャイアントをその周辺に収容するのに十分な幸運なすべての惑星系は、岩の多い内側の惑星に水が豊富な物質が自動的に落ちるはずです。

ガス巨人が完全に発達した後、彼らが内側に投げつける破片は危険な場合があります。 しかし、彼らの誕生の重要な段階で、彼らは地球の地殻とマントルに閉じ込められた水素に富む物質を投げ、後で現れて酸素と結合して水になる。

フランスのボルドー大学で惑星の進化を研究し、研究の筆頭著者であるショーン・レイモンドは、「形成の過程で、彼らはあちこちに微惑星の山をあちこちに送り、地球型惑星に打ち寄せる」と語った。雑誌Icarusに掲載されました。 初期の太陽系におけるガス巨人の役割をモデル化することにより、レイモンドは、さまざまなサイズの巨大な惑星が水に富む物質を内部システムに投げ込むことが避けられないことを発見しました。

もちろん、水は、私たちが地球上で知っているように、生命の進化にとって重要な成分です。 そのため、太陽系を超えた狩猟の世界になると、貴重な液体を収容できる岩だらけの世界は、地球外生物にとって最高の狩猟場であると考えられています。 1980年代以来、研究者は水が地球にどのように到達したかを判断するのに苦労してきました。 今日、炭素が豊富な小惑星が主要な容疑者です。

若い太陽系では、衝突が頻繁に起こり、軌道は互いに交差し、初期の小惑星は、重力が岩の世界に向かって投げた他の惑星との緊密な遭遇によって、依然として容易に影響を受けました。居住可能な惑星をどのように作るかを理解しようとしているなら、基本的なことです」

約45億年前、太陽の形成からのガスの残りが惑星を誕生させました。 ガスは何百万年もの間動き回り、惑星とその岩石に富んだ成分の動きに影響を及ぼしました。 温度の上昇は、水を構成する要素である水素が、地球の手の届かないところにある太陽系のより寒い地域の氷に閉じ込められたことを意味します。

私たちの惑星は乾燥した不毛の荒れ地である運命にあるように見えました。 どうしたの？

「途方もなくシンプルなコンセプト」

近年、私たちの太陽系のモデルは、ガス巨人が現在の場所で終わる前に複雑なダンスを被った可能性が最も高いことを示しています。 海王星と天王星は、おそらく今日よりも太陽の近くに形成されたと思われます。 最終的に、彼らは外に移動し、途中で場所を交換しました。 ニースモデルとして知られているこのプロセスは、太陽系が形成されてから約6億年後の氷のような衝撃のスパイクである後期重爆撃に拍車をかけたと考えられています。

土星と木星はさらに悲惨な旅を経験したかもしれません。若い小惑星帯を通り抜けて内部太陽系に進入してから、コースを反転して外に戻ります。 途中で、彼らは地球に向かってクラッシュする小惑星も送りました。 これは、グランドタックモデルとして知られ、レイモンドは2008年に策定を支援していました。

その頃、レイモンドは、初期の太陽系で木星がどのように水の供給を形作ったかに興味をそそられました。 しかし、彼のモデリングは、揺れるようには見えなかった小さなプログラミングの問題によってissue地に陥りました。 この問題を解決するには、ほぼ10年後にポスドク研究員のアンドレ・イジドロが到着しました。

「イジドロは、私が30年で何年も持っていたバグを見つけました」とレイモンドは無礼に言います。 「私たちが実際にプロジェクトを行うことができるように、彼がそれを見つけて本当にうれしかったです。」

新しいモデルでは、ガスの巨人が大きくなり、より多くの材料を消費するにつれて、その重力の増加により近くの原始惑星が不安定になります。 まだ存在する星雲ガスの抗力は、デブリが太陽系を移動する方法に影響を与え、それらの一部を内側の太陽系に向かって内側に送ります。 その物質の一部は小惑星帯に閉じ込められ、その含水量が地球のそれに非常に似ている炭素に富んだ小惑星で埋められました。

当初、炭素が豊富な小惑星は地球と太陽の距離の5倍から20倍の範囲に散らばっていたとレイモンドは言います。 「それは太陽系全体を覆っていたに違いない」と彼は言う。

しかし、炭素が豊富な小惑星を研究しているアレクサンダーは、この地域がより小さく、ほとんどの容疑者が木星の軌道のすぐ外側に形成されていると疑っています。 それでも、彼は、レイモンドのモデルが、水分が豊富な物質がどのように地球に運ばれたかを説明するのに良い仕事をして、仮説を「完全に合理的」と呼んでいると思います。

「これは、これらの揮発性物質を地球惑星形成領域に入れる最良の方法です」とアレクサンダーは言います。

このモデルには、なぜ初期の太陽系の質量が今日ほとんど存在しないのかなど、いくつかの疑問が残っています。 「それは接続する必要がある重要な部分です」とレイモンドは認めます。

それでも、彼はモデルがいくつかのギャップを埋めるのに役立つと言います。地球の水が内側のベルトのより乾燥した小惑星よりも外側のベルトの小惑星の組成と一致する理由を含む。

「それは木星と土星の成長の途方もなく単純な結果です」と彼は言います。

水が豊富な世界を狩る

レイモンドのモデルが登場する前、研究者たちは外側の惑星の異常なダンスであると考え、水を内側の太陽系に送り込み、地球を乾燥した未来から守った。 もしそれが本当なら、それは他の世界にとっては悪いニュースだろう。そこでは、ガスの巨人は彼らが始めたところから遠くに決して移動しなかったウォールフラワーのままだったかもしれない。

新しいモデルは、ガスの巨人がその形成の結果として、濡れた物質を内側に投げ出すことを示唆しています。 巨大な木星サイズの世界が最も効果的でしたが、レイモンドはどんなサイズのガス巨人でも成長を誘発できることを発見しました。 これは、太陽系外の水惑星を探している研究者にとって朗報です。

私たち自身の太陽系では、このモデルは、外側の太陽系からの氷が3つの波で地球上に降ったことを示しています。 最初は木星が膨張したときに来ました。 2番目は土星の形成中に引き起こされました。 そして、3番目は、天王星と海王星が内側に移動してから、他の2人にブロックされて、太陽​​系の郊外に送り返されたときに起こりました。

「私が最もクールなことは、それが基本的にあなたが巨大惑星と地球惑星を持っているどんなエキソソーラーシステムにとっても、それらの巨大惑星が地球惑星に水を内側に送ることを暗示していることだと思います」と惑星の研究者、デイビッド・オブライエンは言いました惑星形成と初期の太陽系の進化を研究する科学研究所。 「それは居住可能な惑星研究の多くの可能性を開きます。」

残念ながら、これまでのところ、比較できる類似のシステムは多くありません。 既知の太陽系外惑星のほとんどは、NASAのケプラーミッションで特定されています。オブライエンは、地球よりも小さな軌道を持つ惑星に最も敏感であり、外側のシステムでガスジャイアントを検出するのが難しいと言いました。 小さな岩の惑星も観測するのがより困難です。 それは、彼らがそこにいないという意味ではありません-それは私たちがまだそれらを見つけていないことを意味しています。

しかし、そのようなシステムが存在する場合、レイモンドの研究は、岩だらけの世界は私たちが生命の液体と考えるもので豊かでなければならないことを示唆しています。 「地球型惑星と巨大惑星がある場合、それらの巨大惑星はおそらく地球型惑星にいくらかの水を与えたでしょう」とオブライエンは言います。