Astronomie ohne Teleskop – unser unwahrscheinliches Sonnensystem

Jüngste Modellierungen sonnenähnlicher Sterne mit Planetensystemen ergaben, dass ein System mit vier felsigen Planeten und vier Gasriesen in stabilen Umlaufbahnen – und nur einem dünn besiedelten äußeren Gürtel von Planetesimalen – nur eine Wahrscheinlichkeit von 15 bis 25% hat, sich zu entwickeln. Während Sie skeptisch gegenüber der Gültigkeit eines Modells sein mögen, das unser bekanntestes Planetensystem in den unwahrscheinlichen Korb legt, kann dieser Befund etwas Wahres enthalten.

Diese Modellierung wurde von der aktuellen Datenbank bekannter Exoplaneten informiert und basiert ansonsten auf einigen auf den ersten Blick vernünftigen Annahmen. Erstens wird angenommen, dass sich innerhalb der Frostlinie eines Systems keine Gasriesen bilden können – eine Linie, hinter der Wasserstoffverbindungen wie Wasser, Methan und Ammoniak als Eis existieren würden. Für unser Sonnensystem ist diese Linie ungefähr 2,7 astronomische Einheiten von der Sonne entfernt – was ungefähr in der Mitte des Asteroidengürtels liegt.

Es wird angenommen, dass sich Gasriesen nur so weit draußen bilden können, da ihre Bildung ein großes Volumen an festem Material (in Form von Eis) erfordert, das dann zu den Kernen der Gasriesen wird. Während es außerhalb der Frostgrenze genauso viel felsiges Material wie Eisen, Nickel und Silizium gibt, sind diese Materialien nicht reichlich genug, um eine bedeutende Rolle bei der Bildung von Riesenplaneten zu spielen, und alle Planetesimale, die sie bilden können, werden entweder von den Riesen verschlungen oder geschleudert aus der Umlaufbahn.

Innerhalb der Frostgrenze sind jedoch felsige Materialien die dominierende Grundlage für die Planetenbildung – da das meiste leichte Gas durch die Kraft des Sternwinds und anderer leichter Verbindungen (wie H) aus der Region herausgeblasen wird2O und CO2) werden nur durch Akkretion bei der Bildung von Planetesimalen schwererer Materialien (wie Eisen, Nickel und Silikate) aufrechterhalten. In diesen Regionen würden sich wahrscheinlich innerhalb von 10 bis 100 Millionen Jahren nach der Geburt des Sterns felsig große Planeten bilden.

Vielleicht ein wenig parochial wird angenommen, dass Sie mit einem System aus drei Regionen beginnen – einer inneren terrestrischen Planetenbildungsregion, einer Gasriesenbildungsregion und einer äußeren Region ungebundener Planetesimalen, in der die Schwerkraft des Sterns nicht ausreicht, um Material zu zeichnen in weitere Akkretion zu engagieren.

Auf dieser Basis führten Raymond et al. Eine Reihe von 152 Variationen durch, aus denen eine Reihe allgemeiner Regeln hervorgingen. Erstens scheint die Wahrscheinlichkeit, terrestrische innere Planeten zu erhalten, sehr stark von der Stabilität der Umlaufbahnen der Gasriesen abzuhängen. Gravitationsstörungen unter den Gasriesen führen häufig dazu, dass sie exzentrischere elliptische Bahnen annehmen, die dann alle terrestrischen Planeten ausräumen – oder sie in den Stern krachen lassen. Nur 40% der Systeme behielten mehr als einen terrestrischen Planeten, 20% hatten nur einen und 40% hatten sie alle verloren.

Es wurde festgestellt, dass Trümmerscheiben aus heißem und kaltem Staub häufige Phänomene in ausgereiften Systemen sind, in denen terrestrische Planeten zurückgehalten wurden. In allen Systemen wird der Primärstaub in den ersten paar hundert Millionen Jahren weitgehend beseitigt – durch Strahlung oder durch Planeten. Wo jedoch terrestrische Planeten erhalten bleiben, wird dieser Staub wieder aufgefüllt – vermutlich durch Kollisionsschleifen von felsigen Planetesimalen.

Diese Feststellung spiegelt sich im Titel des Papiers wider Trümmerscheiben als Wegweiser für die Bildung terrestrischer Planeten. Wenn diese Modellierungsarbeit die Realität genau widerspiegelt, sind Trümmerscheiben in Systemen mit stabilen Gasriesen – und damit persistierenden terrestrischen Planeten – üblich, fehlen jedoch in Systemen mit hochexzentrischen Gasriesenbahnen, in denen die terrestrischen Planeten geräumt wurden.

Dennoch erscheint das Sonnensystem in diesem Schema als ungewöhnlich. Es wird vermutet, dass Störungen in den Umlaufbahnen unserer Gasriesen, die zum späten schweren Bombardement führten, tatsächlich zu spät waren, was das Verhalten anderer Systeme normalerweise betrifft. Dies hat uns eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Erdplaneten hinterlassen, die sich vor Beginn der Rekonfiguration des Gasriesen gebildet hatten. Und die Verspätung des Ereignisses, nachdem alle Kollisionen, die die terrestrischen Planeten bauten, beendet waren, räumte den größten Teil der Trümmerscheibe aus, die dort gewesen sein könnte – abgesehen von dem schwachen Hauch von Tierkreislicht, das Sie nach Sonnenuntergang an einem dunklen Himmel bemerken könnten oder vor dem Morgengrauen.

Weiterführende Literatur: Raymond et al. Trümmerscheiben als Wegweiser für die Bildung terrestrischer Planeten.

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