ดวงจันทร์และจุดด่างดำ เครดิตรูปภาพ: NASA คลิกเพื่อดูภาพขยาย
ผู้คนในทุกวัฒนธรรมได้รับความสนใจจาก "จุด" ที่มืดบนดวงจันทร์ซึ่งดูเหมือนจะแต่งรูปกระต่ายกบหรือใบหน้าของตัวตลก ด้วยภารกิจของอพอลโลนักวิทยาศาสตร์พบว่าคุณสมบัติเหล่านี้เป็นแอ่งกระแทกขนาดใหญ่ที่ถูกน้ำท่วมด้วยลาวาที่แข็งตัวแล้วในขณะนี้ สิ่งหนึ่งที่น่าประหลาดใจก็คืออ่างเหล่านี้ก่อตัวค่อนข้างช้าในประวัติศาสตร์ของระบบสุริยะต้น - ประมาณ 700 ล้านปีหลังจากการก่อตัวของโลกและดวงจันทร์ ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าแอ่งกระแทกบนดวงจันทร์เหล่านี้เป็นพยานถึงเข็มใหญ่ในอัตราการทิ้งระเบิดของดาวเคราะห์ - เรียกว่าการทิ้งระเบิดหนักปลาย (LHB) อย่างไรก็ตามสาเหตุของการทิ้งระเบิดรุนแรงเช่นนี้ถือเป็นความลับที่เก็บรักษาไว้อย่างดีที่สุดในประวัติศาสตร์ระบบสุริยะ
ในชุดเอกสารสามฉบับที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature สัปดาห์นี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ Rodney Gomes (หอสังเกตการณ์แห่งชาติบราซิล), Harold Levison (สถาบันวิจัยตะวันตกเฉียงใต้, สหรัฐอเมริกา), Alessandro Morbidelli (Observatoire de la C) ? te d 'Azur, ฝรั่งเศส) และ Kleomenis Tsiganis (OCA และ University of Thessaloniki, กรีซ) - นำมารวมกันโดยโปรแกรมผู้เข้าชมเป็นเจ้าภาพที่ Observatoire de la C? te d' Azur ในนีซ - เสนอรูปแบบที่ไม่เพียง แต่แก้ตามธรรมชาติ ความลึกลับของต้นกำเนิดของ LHB แต่ยังอธิบายลักษณะที่สังเกตได้หลายอย่างของระบบดาวเคราะห์นอกระบบ
แบบจำลองใหม่นี้จินตนาการว่าดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งสี่ ได้แก่ ดาวพฤหัสบดีดาวเสาร์ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนก่อตัวขึ้นในรูปแบบวงโคจรที่เล็กมากซึ่งถูกล้อมรอบด้วยดิสก์ของวัตถุขนาดเล็กที่ทำจากน้ำแข็งและหิน (รู้จักกันในชื่อ การจำลองเชิงตัวเลขโดยทีมงาน Nice แสดงให้เห็นว่าบางส่วนของดาวเคราะห์เหล่านี้หลุดออกจากดิสก์อย่างช้า ๆ เนื่องจากผลกระทบความโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์กระจัดกระจายวัตถุที่มีขนาดเล็กเหล่านี้ทั่วทั้งระบบสุริยะบางครั้งภายนอกและภายในบางครั้ง
“ ตามที่ไอแซกนิวตันสอนเราทุกการกระทำมีปฏิกิริยาที่เท่าเทียมและตรงกันข้าม” Tsiganis กล่าว “ ถ้าดาวเคราะห์ขว้างดาวเคราะห์ออกมาจากระบบสุริยะดาวเคราะห์ก็จะเคลื่อนที่ไปสู่ดวงอาทิตย์เพื่อชดเชย ในทางกลับกันถ้าดาวเคราะห์กระจัดกระจายอยู่ภายในดาวเคราะห์ก็จะกระโดดจากดวงอาทิตย์ออกไปเล็กน้อย
การจำลองเชิงตัวเลขแสดงให้เห็นว่าโดยเฉลี่ยดาวพฤหัสบดีเคลื่อนที่เข้าด้านในขณะที่ดาวเคราะห์ยักษ์ดวงอื่นเคลื่อนตัวออกไปด้านนอก
ในขั้นต้นนี้เป็นกระบวนการที่ช้ามากใช้เวลาหลายล้านปีในการเคลื่อนย้ายดาวเคราะห์จำนวนเล็กน้อย จากนั้นตามโมเดลใหม่นี้หลังจาก 700 ล้านปีสถานการณ์ก็เปลี่ยนไป ในเวลานั้นดาวเสาร์อพยพผ่านจุดที่ช่วงเวลาการโคจรของมันเป็นสองเท่าของดาวพฤหัส การกำหนดวงโคจรพิเศษนี้ทำให้วงโคจรของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์กลายเป็นวงรีมากขึ้น
“ สิ่งนี้ทำให้วงโคจรของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนไปหาถั่ว” โกเมสกล่าว “ วงโคจรของพวกมันผิดปกติมากและพวกมันก็เริ่มกระเจิงซึ่งกันและกันด้วยแรงโน้มถ่วง - และดาวเสาร์ด้วย”
ทีม Nice ระบุว่าวิวัฒนาการของดาวยูเรนัสและวงโคจรของเนปจูนทำให้เกิด LHB บนดวงจันทร์ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์เหล่านี้เจาะทะลุจานดาวเคราะห์อย่างรวดเร็วอย่างมากทำให้วัตถุกระจัดกระจายไปทั่วระบบดาวเคราะห์ วัตถุเหล่านี้จำนวนมากเข้าสู่ระบบสุริยจักรวาลชั้นในที่ซึ่งพวกมันกระทบโลกและดวงจันทร์ด้วยผลกระทบ นอกจากนี้กระบวนการทั้งหมดทำให้วงโคจรของดาวเคราะห์น้อยเสถียรซึ่งจะส่งผลต่อ LHB เช่นกัน ในที่สุดผลกระทบความโน้มถ่วงของดิสก์ดาวเคราะห์ก่อให้เกิดดาวยูเรนัสและเนปจูนพัฒนาขึ้นบนวงโคจรปัจจุบันของพวกเขา
“ มันน่าเชื่อถือมาก” เลวิสันกล่าว “ เราทำการจำลองหลายสิบครั้งของกระบวนการนี้และในทางสถิติดาวเคราะห์ก็ลงเอยด้วยการโคจรคล้ายกับที่เราเห็นด้วยการแยกความถูกต้องความเยื้องศูนย์กลางและความเอียง ดังนั้นนอกเหนือจาก LHB เรายังสามารถอธิบายวงโคจรของดาวเคราะห์ยักษ์ได้ ไม่มีรุ่นอื่นที่เคยประสบความสำเร็จในเรื่องนี้มาก่อน”
อย่างไรก็ตามมีสิ่งกีดขวางอีกหนึ่งที่จะเอาชนะได้ ระบบสุริยะในปัจจุบันประกอบด้วยประชากรของดาวเคราะห์น้อยที่ตามด้วยวงโคจรเดียวกับดาวพฤหัสบดี แต่นำหรือตามรอยดาวเคราะห์นั้นด้วยระยะเชิงมุมประมาณ 60 องศา การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่าร่างกายเหล่านี้รู้จักกันในชื่อ“ ดาวเคราะห์น้อยโทรจัน” จะหายไปเมื่อวงโคจรของดาวเคราะห์ยักษ์เปลี่ยนไป
“ เรานั่งรอเป็นเวลาหลายเดือนที่ต้องกังวลเกี่ยวกับปัญหานี้ซึ่งดูเหมือนจะทำให้แบบจำลองของเราเป็นโมฆะ” Morbidelli กล่าว“ จนกว่าเราจะรู้ว่าหากนกสามารถหลบหนีจากกรงที่เปิดอยู่ได้อีกคนหนึ่งก็สามารถเข้ามาทำรังได้”
ทีม Nice พบว่าวัตถุบางอย่างที่ขับเคลื่อนวิวัฒนาการของดาวเคราะห์และทำให้ LHB นั้นจะถูกจับเข้าสู่วงโคจรดาวเคราะห์น้อย Trojan เช่นกัน ในการจำลองโทรจันที่ติดอยู่นั้นกลับกลายเป็นการแพร่กระจายวงโคจรของโทรจันที่สังเกตซึ่งไม่ได้อธิบายจนถึงตอนนี้ มวลที่ทำนายไว้ทั้งหมดของวัตถุที่ถูกขังก็สอดคล้องกับประชากรที่สังเกตได้
โดยรวมแล้วโมเดลใหม่ของทีม Nice ได้อธิบายวงโคจรของดาวเคราะห์ยักษ์ดาวเคราะห์น้อยโทรจันและ LHB เพื่อความแม่นยำอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน “ แบบจำลองของเราอธิบายหลายสิ่งหลายอย่างที่เราเชื่อว่ามันต้องถูกต้องโดยทั่วไป” Mordibelli กล่าว “ โครงสร้างของระบบสุริยะรอบนอกแสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์น่าจะสั่นสะเทือนได้ดีหลังจากกระบวนการก่อตัวดาวเคราะห์สิ้นสุดลง”
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว SWRI
