Η θέα του Δία και του Κρόνου μαζί είναι ένα όμορφο πράγμα

Σήμερα, 21 Δεκεμβρίου, ο Δίας και ο Κρόνος θα εμφανιστούν εξαιρετικά κοντά ο ένας στον άλλον στον ουρανό, με απόσταση μικρότερη από το ένα δέκατο της μοίρας, περίπου το ένα πέμπτο του πλάτους της Πανσελήνου. «Συνδέσεις» όπως αυτή συμβαίνουν συνέχεια, αλλά, για εμάς, εδώ στη Γη, είναι ξεχωριστό γιατί—αν και οι πλανήτες θα εξακολουθούν να απέχουν περισσότερο από μισό δισεκατομμύριο χιλιόμετρα μεταξύ τους—από την άποψή μας, οι πλανήτες θα μπορούσαν σχεδόν να αγγίξουν.

Ένας συνδυασμός είναι μια καλή στιγμή για να αναλογιστούμε την κοσμική μας κληρονομιά και τις μακριές σκιές που ρίχνουν οι γίγαντες του αερίου. Εξάλλου, ο Δίας και ο Κρόνος επηρέασαν την ανάπτυξη και την εξέλιξη της Γης. Τα στοιχεία δείχνουν ότι υπήρξαν τουλάχιστον τρεις περιπτώσεις κατά τις οποίες (ειδικά ο Δίας) επέλεξαν την εξελικτική πορεία της Γης, περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, βοηθώντας στη διαμόρφωση του πλανήτη που γνωρίζουμε και αγαπάμε σήμερα.

Το μικρό βρέφος Γη απλώς καθόταν εκεί και μεγάλωνε
Μερικά βραχώδη πράγματα περνούν, συντρίβονται και λάμπουν.
Μα μακριά από τον Ήλιο, διέξοδος στο κρύο
Οι γίγαντες ανακατεύονταν. Μια δύναμη που πρέπει να δεις!

Οι πλανήτες αναπτύσσονται μέσα σε στροβιλιζόμενους δίσκους αερίου και σκόνης γύρω από νεαρά αστέρια. Έχουμε εικόνες από αυτούς τους δίσκους που τραβήχτηκαν με τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια μας, ειδικά το γιγάντιο ραδιοτηλεσκόπιο ALMA. Εδώ είναι ένα από τα κλασικά του ALMA:

Ο Δίας λιμοκτονούσε την αναπτυσσόμενη Γη. Αυτό μπορεί να ακούγεται κακό, αλλά χωρίς τον Δία, η Γη πιθανότατα θα είχε γίνει μια κολοσσιαία «υπερ-Γη» και θα είχε μετακινηθεί προς τα μέσα, σε μια πολύ καυτή τροχιά κοντά στον Ήλιο. Δεν είναι εξαιρετικό για τη ζωή.

Οι πλανήτες μεγαλώνουν από τη σκόνη. Παρασύρεται σε ένα δίσκο και στη συνέχεια συσσωρεύεται για να σχηματίσει «πλανητομικρά» κλίμακας 100 χιλιομέτρων, τα πραγματικά δομικά στοιχεία των πλανητών. Σκεφτείτε τα σαν τους αστεροειδείς σε σχήμα πατάτας από το Star Wars — Ακριβώς μεγαλύτερο, πιο μακριά το ένα από το άλλο και χωρίς τους γιγάντιους διαστημικούς γυμνοσάλιαγκες. Οι δακτύλιοι στην εικόνα ALMA είναι στοίβες σκόνης μεγέθους άμμου, όπου αυτά τα αντικείμενα μπορεί να σχηματίζονται αυτήν τη στιγμή.

Τα πλανητοειδή μεγαλώνουν περαιτέρω προσκρούοντας το ένα στο άλλο, και επίσης σαρώνοντας τη σκόνη που παρασύρεται προς τα μέσα. Όταν ένας αναπτυσσόμενος πλανηταίος γίνεται αρκετά ογκώδης, μπλοκάρει τη σκόνη που παρασύρεται, όχι μόνο λιμοκτονώντας τον εαυτό του αλλά εμποδίζοντας επίσης τη σκόνη να φτάσει σε οποιονδήποτε πλανητικό μικρότερο πλησιέστερο στον Ήλιο. Αυτά τα πλανητάρια μπορούν να συνεχίσουν να αναπτύσσονται με αυτοσυγκρούσεις αλλά όχι από οποιαδήποτε νέα σκόνη που προέρχεται από το εξωτερικό ηλιακό σύστημα.

Ο αυξανόμενος πυρήνας του Δία - ένας υπερ-μεγάλος πλανητάριος περίπου δέκα φορές η μάζα της Γης - μπορεί να έχει κάνει ακριβώς αυτό. Μεγάλωσε αρκετά, αρκετά γρήγορα, ώστε να σταματήσει τη ροή της σκόνης. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακριβώς γιατί ο πυρήνας του Δία σχηματίστηκε τόσο πιο γρήγορα από τον πυρήνα της Γης, αλλά ο λόγος πιθανότατα σχετίζεται με το γεγονός ότι ο Δίας άρχισε να σχηματίζεται πιο μακριά από τον Ήλιο, όπου (κολλώδεις) πάγοι θα μπορούσαν να υπάρχουν και να συμβάλλουν στην ανάπτυξή του.

Οι μετεωρίτες επιβεβαιώνουν αυτή την ιδέα. Οι χιλιάδες μετεωρίτες στις συλλογές της NASA μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες κατηγορίες, με βάση τα ισότοπά τους — τις σχετικές ποσότητες των ίδιων στοιχείων με διαφορετικούς αριθμούς νετρονίων. Αυτοί οι μετεωρίτες είναι φτιαγμένοι από σκόνη που είναι ακριβώς το σωστό μέγεθος για να παρασύρονται πολύ γρήγορα μέσα στο δίσκο. Ωστόσο, οι δύο τύποι μετεωριτών δεν αναμειγνύονταν. Γιατί όχι? Ο πυρήνας του Δία που εμποδίζει τη σκόνη.

Το σύστημά μας ήταν απλά κομμένο στα δύο
Καθώς ο πυρήνας του Δία σταμάτησε τη ροή της σκόνης.
Αν δεν γινόταν αυτό, η Γη θα συνέχιζε να μεγαλώνει
Και πλησιάζαμε τόσο κοντά στον Ήλιο που θα λάμπαμε!

Ο Δίας και ο Κρόνος εμπόδισαν επίσης την ανάπτυξη του Άρη. Ο Κόκκινος Πλανήτης δέχεται πολλή πίεση, αλλά είναι τρελό. Ο Άρης έχει εννέα φορές μικρότερη μάζα από τον πλησιέστερο γείτονά του, τη Γη. Δεκαετίες προσομοιώσεων σε υπολογιστή (ξεκινώντας από τα τέλη της δεκαετίας του 1970) έδειξαν ότι, χωρίς εξωτερική διαταραχή, ο Άρης θα είχε γίνει περίπου τόσο μεγάλος όσο η Γη—ακόμη και με τον Δία να εμποδίζει τη ροή της σκόνης στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα.

Γιατί λοιπόν ο Άρης δεν είναι μεγαλύτερος; Υπάρχουν μερικές διαφορετικές ιδέες εκεί έξω. Ένα σενάριο - που ονομάζεται Grand Tack - έχει την τροχιά του Δία να μετατοπίζεται ή να "μεταναστεύει", καθώς μεγάλωνε. Από μόνος του, ο Δίας θα είχε μεταναστεύσει προς τα μέσα και πιθανότατα θα είχε καταλήξει κάπου κοντά στην τροχιά της Γης, όπου βρίσκονται οι περισσότεροι από τους πλανήτες μάζας του Δία γύρω από άλλα αστέρια.

Εδώ μπαίνει ο Κρόνος. Ο Δίας και ο Κρόνος μαζί μεταναστεύουν προς τα έξω αντί προς τα μέσα. Αυτό είναι ένα καθαρό υδροδυναμικό φαινόμενο που λαμβάνει χώρα όταν δύο γίγαντες αερίων βρίσκονται κοντά ο ένας στον άλλο στον ίδιο δίσκο και ο εσωτερικός είναι πιο ογκώδης από τον εξωτερικό. Η ροή του αερίου αλλάζει και δημιουργεί ένα εσωτερικό συσσωρευμένο στην τροχιά του εσωτερικού πλανήτη, το οποίο δρα για να ωθήσει και τους δύο πλανήτες προς τα έξω. Σαν δύο καλοί φίλοι, έχουν τα μέσα να πάνε ενάντια στο ρεύμα και να μεταναστεύσουν μαζί προς τα έξω, ενώ ο καθένας θα μεταναστεύσει προς τα μέσα μόνος του.

Η μετανάστευση του Δία και του Κρόνου άδειασε τη ζώνη τροφοδοσίας του Άρη, εμποδίζοντας την ανάπτυξή του. Όσο η μετανάστευσή τους γύριζε αρκετά νωρίς («κολλημένο» στην ιστιοπλοϊκή ορολογία), οι γίγαντες του φυσικού αερίου δεν θα είχαν διακόψει την ανάπτυξη της Γης.

Όπως οι δεινόσαυροι, ο Κρόνος και ο Δίας περιπλανήθηκαν
Σμίλεψαν αυτό το σύστημα που οι άνθρωποι αποκαλούν σπίτι
Οι τροχιές τους πρώτα συρρικνώθηκαν, μετά μετατοπίστηκαν και μεγάλωσαν.
Η Γη μας κατασκευάστηκε από βράχους στους οποίους όργωναν.

Μπορεί να παρατηρούμε κάτι παρόμοιο σε ένα άλλο σύστημα που απέχει σχεδόν 400 έτη φωτός μακριά. Ο δίσκος γύρω από το αστέρι PDS70 φαίνεται να διαμορφώνεται από δύο γιγάντιους μωρούς πλανήτες, κλειδωμένους σε τροχιακό συντονισμό και μεταναστεύουν αυτή τη στιγμή!

Οι γίγαντες του αερίου τελικά έγιναν ασταθείς, ρίχνοντας όλους τους άλλους, περισσότερους εσωτερικούς πλανήτες με αδέσποτους βράχους και πάγο. Υπάρχουν πολλά περιστασιακά στοιχεία που οδηγούν τους επιστήμονες να υποπτεύονται ότι το ηλιακό μας σύστημα υπέστη δυναμική αστάθεια, ένα γεγονός κατά το οποίο οι τροχιές των γιγάντιων πλανητών άλλαξαν με ξαφνικό, δραματικό τρόπο. Για παράδειγμα, οι τροχιές των γιγάντιων πλανητών δεν είναι κύκλοι, αλλά ελλείψεις σε μέτρια έκταση. Η ζώνη Kuiper είναι σχεδόν άδεια, ωστόσο ο Πλούτωνας και η Έριδα, ένας άλλος νάνος πλανήτης (που ανακαλύφθηκε το 2005), χρειάζονταν πολύ περισσότερη μάζα για να μεγαλώσουν όσο είναι. Οι γιγάντιοι πλανήτες περιβάλλονται από σύννεφα «ακανόνιστων δορυφόρων» που φαίνεται να έχουν συλληφθεί από κάπου αλλού. Οι τροχιές των Τρωικών αστεροειδών του Δία έχουν περίεργη κλίση. Η λίστα συνεχίζεται.

Το μοντέλο της Νίκαιας, ένα σενάριο για το πώς εξελίχθηκε δυναμικά το ηλιακό μας σύστημα, που αναπτύχθηκε στην ομώνυμη γαλλική πόλη, προτείνει ότι οι τροχιές των γιγάντιων πλανητών παρέμειναν ασταθείς εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία των πλανητών (περισσότερα για αυτό αργότερα). Η αστάθεια μπορεί να μοιάζει κάπως έτσι: 

Κατά τη διάρκεια της αστάθειας, οι γίγαντες του πάγου, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας, κλωτσήθηκαν παντού. Ο εξωτερικός δίσκος των πλανητικοειδών - βασικά, ένας τεράστιος σωρός από κομήτες που είχαν απομείνει - καθαρίστηκε σχεδόν εντελώς. Αυτά τα υπολείμματα έπεσαν βροχή στους πλανήτες και λίγοι συλλήφθηκαν (όπως οι ακανόνιστοι δορυφόροι).

Και αργότερα υπήρξε μια μεγάλη αστάθεια
Αυτή τη φορά οι γίγαντες εξέφρασαν την εχθρότητά τους
Οι τροχιές των γιγάντων του πάγου επηρεάστηκαν έντονα
Ένα επιπλέον μπορεί να έχει εκτοξευθεί πλήρως!
(Η Γη βομβαρδίστηκε, κανένας πλανήτης δεν προστατευόταν.)

Υπάρχει μια νέα ανατροπή σε αυτή την ιστορία που σχετίζεται με το χρονοδιάγραμμα αυτών των γεγονότων. Όπως γνωρίζετε, η Σελήνη καλύπτεται από κρατήρες. Από τη δεκαετία του 1970, οι ηλικίες των κρατήρων πιστεύεται ότι έδειχναν μια μεγάλη απότομη αύξηση του ρυθμού πρόσκρουσης εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία των πλανητών (θυμηθείτε, αυτό ήταν ακόμα πριν από δισεκατομμύρια χρόνια). Αυτό ονομάστηκε «όψιμος σφοδρός βομβαρδισμός».

Νέα ανάλυση δείχνει ότι αυτή η ακίδα είναι πιθανώς μόνο η ουρά ενός πρώιμου βομβαρδισμού, εκείνου που μεγάλωσε τους πλανήτες στην πρώτη θέση. Όχι ένας «όψιμος» σφοδρός βομβαρδισμός. Αυτό δεν θέτει υπό αμφισβήτηση την αστάθεια του παρελθόντος, επειδή μπορεί να εξηγήσει τόσα πολλά χαρακτηριστικά του ηλιακού συστήματος ταυτόχρονα. Αλλά πρέπει να συνέβη πολύ νωρίτερα, ίσως κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των βραχωδών πλανητών. Υπάρχει ένα κεράσι από πάνω:Νέες προσομοιώσεις δείχνουν ότι μια πρώιμη αστάθεια του γιγαντιαίου πλανήτη μπορεί ακόμη και να εξηγήσει γιατί ο Άρης είναι μικρότερος από τη Γη.

Κατά τη μοντελοποίηση γεγονότων πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, πραγματικά περιοριζόμαστε μόνο από δύο πράγματα:τους νόμους της φυσικής (και τα διαθέσιμα στοιχεία) και τη φαντασία μας.

Δεν έχουμε μηχανή του χρόνου, δεν μπορούμε να δούμε το παρελθόν
Αλλά τα μοντέλα μπορούν να απαντήσουν σε ορισμένες ερωτήσεις που έχουμε θέσει
Για να δοκιμάσουμε τις ιδέες μας, χρησιμοποιούμε προσομοιώσεις
Σε γιγάντιους υπολογιστές, με τεράστιους υπολογισμούς.

Μερικοί άνθρωποι θέλουν να αποκαλούν τον Δία και τον Κρόνο «αρχιτέκτονες» του ηλιακού συστήματος, σαν να είχαν ένα σαφές σχέδιο για το πώς θα εξελιχθεί το σύστημά μας. Οχι εμείς. Θεωρούμε τους γίγαντες του αερίου ως νταήδες που έσπρωξαν τη Γη και πήραν πολλές αποφάσεις για εμάς.

Μερικοί αποκαλούν ακόμη και τον Δία «προστάτη». Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, τα τελευταία 4 δισεκατομμύρια χρόνια, η τεράστια βαρύτητα του έχει διασκορπίσει κομήτες και αστεροειδείς μακριά που διαφορετικά θα μπορούσαν να είχαν χτυπήσει τον πλανήτη μας. Αλλά σε πιο προσεκτική εξέταση, αυτό δεν αντέχει. Ο Δίας προστατεύει τη Γη μόνο από κομήτες που ο Δίας έβαλε αρχικά σε τροχιές που διασχίζουν τη Γη. Είναι σαν ένας νταής —αν και πολύ όμορφος— που ζητά ένα φυλλάδιο για να σε προστατεύσει από τη γροθιά του.

Ο Sean Raymond είναι ένας Αμερικανός αστροφυσικός που εργάζεται στο Αστροφυσικό Εργαστήριο του Μπορντό στη Γαλλία. Γράφει επίσης ένα blog στη διεπαφή επιστημονικής και φαντασίας (planetplanet.net) και πρόσφατα δημοσίευσε ένα βιβλίο με ποιήματα αστρονομίας. Τα ποιήματα σε αυτήν την ανάρτηση γράφτηκαν από τον ίδιο.

Ο Sebastiaan Krijt είναι Λέκτορας Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Έξετερ στο Ηνωμένο Βασίλειο

Ελπίζουμε ότι σας δώσαμε κάτι να σκεφτείτε καθώς κοιτάζετε τον Δία και τον Κρόνο κατά τη διάρκεια αυτής της μεγάλης σύνοδο. Εάν αναζητάτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πώς να παρακολουθήσετε μόνοι σας τη σύνοδο ή θέλετε να μάθετε περισσότερα για τον Δία και τον Κρόνο, ρίξτε μια ματιά στη διεύθυνση http://jupitersaturn2020.org (συμπεριλαμβανομένου αυτού του βίντεο που φτιάξαμε).

Υποσημειώσεις

1. Για τον τρόπο προβολής του συνδέσμου, δείτε εδώ.

2. Για το ιστορικό των συνδέσμων, δείτε εδώ.

3. Για περισσότερα ποιήματα αστρονομίας του Sean Raymond, δείτε εδώ.