Учёные обнаружили в Юпитере поглощённые газовым гигантом планеты
Исследователи обнаружили под верхними слоями атмосферы Юпитера останки малых планет, которые газовый гигант поглотил при расширении. Учёные провели анализ химического состава Юпитера, сделав тысячи его фотографий при помощи телескопов.
Астрофизик Лейденского университета в Нидерландах Ямила Мигель говорит, что Юпитер сформировался в течение первых нескольких миллионов лет во время образования Солнечной системы, которая возникла около 4,5 млрд лет назад. Она подчёркивает, что исследователям доподлинно неизвестно, как образовалась планета.
Научная группа использовала гравитационные данные, собранные космическим зондом НАСА «Юнона». Эти сведения исследователи использовали для составления карты каменистого материала в ядре Юпитера. Они показали высокое содержание в нём тяжёлых элементов. Химический состав планеты предполагает, что газовый гигант поглотил малые объекты на своей орбите, которые также называют планетезимали, чтобы подпитывать свой рост.
В настоящий момент Юпитер может быть шаром вращающегося газа, однако он начал существование с приращивания каменистого материала, как и любая другая планета Солнечной системы. По мере притяжения большего количества каменистой основы ядро планеты стало настолько плотным, что позволило ему приближать значительное количество газа с дальних расстояний, преимущественно водород и гелий, которые остались после рождения Солнца. Это позволило Юпитеру сформироваться в огромную наполненную газом планету.
Существуют две конкурирующие теории о том, как Юпитеру удалось собрать свой первоначальный каменистый материал. Первая гласит, что планета накопила миллиарды мелких космических камней, её астрономы называют гальковой, хотя речь идёт скорее о валунах. Вторую подтверждают результаты текущего исследования, в ней сообщают о формировании Юпитера за счёт поглощения множества планетезималей. Они представляют из себя космические камни размером в несколько километров. Если данные объекты не подвергаются влиянию более крупных тел, то они имеют возможность превратиться в планеты земной группы, такие как Земля или Марс.
Ни одну из теорий пока нельзя назвать однозначно верной. Мигель отмечает, что астрономы не могут напрямую проследить, как формировался Юпитер. Для этого необходимо собрать воедино информацию, которой располагают учёные, что является непростой задачей, говорит ведущий автор исследования.
Мигель рассказывает, что учёные не могут использовать сейсмографы на Юпитере, поскольку планета лишена твёрдой поверхности. Она говорит, что ядро газового гиганта вряд ли имеет тектоническую активность. Исследователи разработали компьютерные модели внутренностей Юпитера, объединив данные, которые собрали зонды Juno и Galileo. Аппараты измерили гравитационное поле планеты в разных точках её орбиты. Это данные показали, что притянутый Юпитером каменистый материал имеет высокую концентрацию тяжёлых материалов, которые образуют плотные твёрдые тела и, как следствие, имеют более сильное гравитационное воздействие, чем газовая атмосфера. Данные сведения позволили астрономам определить расположение каменистого материала.
По словам Мигель, «Юнона» предоставила очень точную информацию, которая помогла ограничить распределение материала внутри Юпитера. Эти сведения являются уникальными для аппарата, который вращается вокруг планеты. Модели показали, что внутри Юпитера содержится эквивалент от 11 до 30 масс тяжёлых элементов Земли, что стало неожиданностью для учёных.
Мигель говорит, что гальковая теория не может объяснить настолько высокую концентрацию тяжёлых элементов. Если бы Юпитер сформировался в данной парадигме, то притяжение газа значительно увеличилось и завершило этап приращивания камней. Это также привело бы к сокращению содержание тяжёлых металлов на Юпитере.
Учёные полагают, что планетезимали могли попасть в ядро Юпитера в момент газовой аккреции, поэтому приращивание каменистого материала, вероятно, проходило дольше. Астрономы считают, что одновременное притяжение камней и газа является единственным объяснением высокого содержания тяжёлых элементов на Юпитере.
Кроме того, исследователи выяснили, что внутренние материалы Юпитера плохо смешиваются с его верхними слоями атмосферы, что противоречит ранним ожиданиям учёных. Новая модель демонстрирует, что поглощённые Юпитером тяжёлые элементы преимущественно остались вблизи ядра газового гиганта и его нижних слоях атмосферы.
Ранее астрономы предполагали, что конвекция смешивала атмосферу Юпитера, это вызвало бы подъём более горячего газа во внешнюю атмосферу для дальнейшего опускания вниз. Однако они не исключают, что некоторые области Юпитера подвержены небольшой конвекции.
Мигель отмечает, что Юпитер был самой влиятельной планетой в формировании Солнечной системы. Его гравитационное притяжение помогло сформировать размер и орбиты соседей газового гиганта. Исследователи считают, что планетезимальное происхождение имеют Сатурн, Уран, Нептун, а также газовые гиганты из других звёздных систем.
