Jowisz mógł powstać w cieniu — zimniejszym niż Pluton. Tak lodowate miejsce narodzin może wyjaśnić niezwykłą obfitość niektórych gazów na gigantycznej planecie. Taki jest wniosek nowego badania.
Jowisz składa się głównie z wodoru i helu. To były najczęstsze pierwiastki w dysku planetarnym, który krążył wokół naszego nowonarodzonego słońca. Inne pierwiastki, które były gazami w pobliżu miejsca narodzin Jowisza, również stały się częścią planety. I są obecne w tych samych proporcjach, jakie istniały w dysku materiałów do formowania planet. Znany jako dysk protoplanetarny.
Astronomowie uważają, że skład Słońca w dużej mierze odzwierciedla skład dysku protoplanetarnego. Zatem receptura na pierwiastki Jowisza powinna przypominać recepturę Słońca – przynajmniej w przypadku pierwiastków, które były gazami. Ale azot, argon, krypton i ksenon występują na Jowiszu około trzy razy częściej (w stosunku do wodoru) niż na Słońcu. Czemu?
„To główna zagadka atmosfery Jowisza” – mówi Kazumasa Ohno. Jest planetologiem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz.
Gdyby Jowisz urodził się w obecnej odległości od Słońca, jego miejscem narodzin byłoby mroźne 60 kelwinów. To -213˚ Celsjusza (-351.4˚ Fahrenheita). A w tej temperaturze te pierwiastki powinny być gazami. Jednak poniżej około 30 kelwinów zamarzłyby na stałe. Łatwiej jest zbudować planetę z ciał stałych niż z gazów. Więc jeśli Jowisz w jakiś sposób powstał w miejscu znacznie chłodniejszym niż jego obecny dom, mógł uzyskać lodową masę zawierającą dodatkowe ilości tych, skądinąd gazowych, pierwiastków.
W rzeczywistości dwa lata temu dwa różne zespoły badawcze przedstawiły ten radykalny pomysł: że Jowisz powstał z głębokiego zamrożenia poza obecnymi orbitami Neptuna i Plutona. Zasugerowali, że później mógł poszybować w kierunku słońca.
Ohno połączył siły z astronomem Takahiro Uedą z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii w Tokio, aby zaproponować inny pomysł. Twierdzą, że Jowisz mógł powstać tam, gdzie jest. Ale wtedy region byłby znacznie chłodniejszy. Uważają, że między orbitą planety a Słońcem mogło powstać spiętrzenie pyłu. To zablokowałoby ciepłe światło słoneczne.
To rzuciłoby długi cień, który spowodowałby głębokie zamrożenie miejsca narodzin Jowisza. Ultrazimne temperatury spowodowały zamarznięcie azotu, argonu, kryptonu i ksenonu. A to pozwoliłoby im stać się większą częścią planety.
Skąd wziął się ten pył? Ohno i Ueda uważają, że mogły to być szczątki pozostawione przez kamienie znajdujące się bliżej Słońca, które zderzyły się i roztrzaskały.
Dalej od słońca — tam, gdzie dysk protoplanetarny był zimniejszy — woda zamarzła. Dałoby to początek obiektom przypominającym śnieżki. Kiedy się zderzyły, częściej trzymały się razem niż pękały. W ten sposób nie rzucałyby cienia, twierdzą naukowcy.
„Myślę, że to sprytne rozwiązanie”, aby wyjaśnić to, co inaczej byłoby trudne do wyjaśnienia, mówi Alex Cridland. Jest astrofizykiem. Pracuje w Instytucie Maxa Plancka Fizyki Pozaziemskiej w Garching w Niemczech.
Cridland był jednym z naukowców, którzy sugerowali, że Jowisz prawdopodobnie uformował się poza Neptunem i Plutonem. Ale ta teoria, mówi, oznacza, że Jowisz musiał zbliżyć się do Słońca po jego narodzinach. Nowy scenariusz, jak mówi, ładnie omija tę komplikację.
Jak przetestować nowy pomysł? „Saturn może trzymać klucz” — mówi Ohno. Saturn jest prawie dwa razy dalej od Słońca niż Jowisz. Ohno i Ueda obliczyli, że cień pyłu, który mógłby ochłodzić miejsce narodzin Jowisza, ledwo dotarłby do Saturna.
Jeśli to prawda, Saturn powstałby w cieplejszym regionie. Więc ten gazowy gigant nie powinien zdobywać lodu, azotu, argonu, kryptonu czy ksenonu. W przeciwieństwie do tego, jeśli zarówno Jowisz, jak i Saturn naprawdę uformowały się na zimno poza obecnymi orbitami Neptuna i Plutona, to podobnie jak Jowisz, Saturn powinien mieć wiele tych pierwiastków.
Astronomowie znają skład Jowisza. Dowiedzieli się, kiedy sonda Galileo NASA zanurkowała w atmosferę Jowisza w 1995 roku. Potrzebna jest, jak mówią Ohno i Ueda, podobna misja do Saturna. Sonda kosmiczna NASA Cassini krążyła wokół Saturna od 2004 do 2017 roku. Jednak zmierzyła tylko niepewny poziom azotu w atmosferze Pierścienia Planety. Nie znaleziono argonu, kryptonu ani ksenonu.
