Jak Jupiter okradl planetu Mars

Astronomy dlouho trápila otázka, proč má Mars pouze poloviční rozměr v porovnání se Zemí a proč má pouze desetkrát menší hmotnost. Protože sousední planety ve vnitřní části Sluneční soustavy se nepochybně zformovaly současně, nabízí se otázka: Proč nemá Mars stejnou velikost a hmotnost jako Země či Venuše? Článek publikovaný 5. 6. 2011 v časopise Nature, poskytuje první souhrnné vysvětlení a odhaluje nečekaný „tanec“ v počátcích existence planet Jupiter a Saturn.

Kevin J. Walsh, vědecký pracovník na Southwest Research Institute, vedl mezinárodní tým provádějící počítačové simulace dějů na počátku existence Sluneční soustavy za účelem zjištění, jak se mohl „mladistvý“ Jupiter stěhovat (migrovat) do vzdálenosti 1,5 astronomické jednotky od Slunce (jedna astronomická jednotka – AU – je vzdálenost zhruba odpovídající vzdálenosti mezi Sluncem a Zemí). Přitom si přivlastnil velké množství hmoty z tohoto regionu a vznikající planeta Mars tak v podstatě přišla o potřebný materiál pro svůj růst.

„Planeta Jupiter se přemístila dovnitř směrem ke Slunci ze svého místa zrodu až na vzdálenost 1,5 AU od Slunce a potom kolem něj v této vzdálenosti obíhala, jak to naznačují počítačové modely. Nakonec následovala jeho migrace ven směrem k současné poloze. Toto putování Jupiteru omezilo distribuci pevných částic ve vnitřní oblasti Sluneční soustavy ve vzdálenosti asi 1 AU, což vysvětluje malou hmotnost planety Mars,“ říká Kevin Walsh. „Problémem bylo, jestli vnitřní a vnější migrace Jupiteru v oblasti 2 až 4 AU je slučitelná s existencí současného hlavního pásu planetek ve stejné oblasti. Proto jsme začali uskutečňovat velké množství počítačových simulací.“

„Výsledky jsou fantastické,“ říká Walsh. „Námi provedené simulace ukazují nejen že migrace Jupiteru je v souladu s existencí pásu asteroidů, ale rovněž vysvětluje jeho vlastnosti, které jsme do té doby zcela nepochopili.“

Pás asteroidů je tvořen dvěma rozdílnými typy těles. Jednak se jedná o velmi suchá tělesa, a dále zde nacházíme tělesa s vysokým obsahem vody, podobající se spíše kometám. Kevin Walsh se svými spolupracovníky ukázal, že průchody planety Jupiter nejprve vyprázdnily a posléze znovu „zalidnily“ oblast pásu asteroidů tělesy z vnitřní části, která vznikla v rozmezí 1 až 3 AU, stejně tak i tělesy z vnější oblasti, která mají původ v prostoru mezi a za drahami obřích planet. Díky gravitačnímu působení Jupiteru zde pozorujeme příznačné složení těles s rozdílnými vlastnostmi napříč hlavním pásem planetek i v současné době.

Spolupracovníci nazvali svoji počítačovou simulaci termínem „Grand Tack Scenario“ (scénář velkého křižování) na základě nenadálých změn v pohybu planety Jupiter až na vzdálenost 1,5 AU od Slunce, podobně, jako když plachetnice křižuje kolem bóje. Migrace obřích plynných planet je rovněž podpořena pozorováním četných extra-solárních planet objevených v širokém rozsahu vzdáleností od svých mateřských hvězd (sluncí), což naznačuje, že migrace planet je jev vyskytující se všude ve vesmíru.

Podle nového modelu se planeta Jupiter zformovala ve vzdálenosti 3,5 AU od Slunce. Protože v té době stále ještě existovalo v okolí Slunce velké množství plynů, obří planeta byla bržděna plynnými proudy a byla „tažena“ směrem ke Slunci. Jupiter se pomalu pohyboval po spirále smrti směrem dovnitř do té doby, než se zastavil ve vzdálenosti 1,5 AU od Slunce, tj. v místě, kde nyní obíhá planeta Mars (která zde ještě nebyla, obíhala blíže ke Slunci).

„Předpokládáme, že Jupiter zastavil svoji další migraci směrem ke Slunci kvůli Saturnu,“ říká Avi Mandel, planetolog NASA a spoluautor článku. Podobně jako Jupiter i planeta Saturn se posouvala krátce po svém vzniku blíže ke Slunci, avšak modely ukazují, že jakmile se obě hmotné planety přiblížily dostatečně blízko jedna k druhé, jejich osudy se už napořád provázaly.
Postupně byl veškerý plyn mezi oběma planetami vypuzen pryč, což vedlo k zastavení pohybu po spirále smrti a nakonec byly obě planety nasměrovány k pohybu opačným směrem, tj. směrem od Slunce. Obě planety se vzdalovaly společně, dokud Jupiter nedosáhl své nynější polohy ve vzdálenosti 5,2 AU od Slunce a Saturn se zastavil zhruba na 7 AU (později jiné síly posunuly Saturna do současné vzdálenosti 9,5 AU).

Donedávna se astronomové domnívali, že hlavní pás asteroidů existuje proto, že planeta Jupiter svojí gravitací bránila v této oblasti slepování materiálu dohromady a vytvoření další planety; předpokládali, že místo toho zde zůstala spousta volného materiálu – dnešních planetek. Někteří astronomové již dříve zvažovali možnost, že Jupiter mohl v určitém období obíhat blíže ke Slunci, avšak jeho přítomnost zde vyvolávala velký problém: Jupiter svým působením rozptyloval materiál v oblasti pásu asteroidů natolik, že tento útvar zkrátka podle dřívějších počítačových simulací nemohl existovat.

Doba, kterou Jupiter trávil ve vnitřních oblastech Sluneční soustavy, měla další důležitý efekt: jeho přítomnost způsobila, že planeta Mars je mnohem menší, než by byla za jiných okolností. „Proč je Mars tak malý, to byl donedávna neřešitelný problém pro teorie vzniku naší Sluneční soustavy,“ říká Avi Mandel.

Protože se Mars vytvářel dále od Slunce než Venuše a Země, měl k dispozici více surového materiálu a měl by být tedy větší než tyto dvě planety. Místo toho je menší. To dlouho nedávalo smysl. Avšak jak naznačuje model Grand Track, Jupiter strávil určitou část svého života „zaparkován“ ve vnitřní oblasti Sluneční soustavy a svojí přítomností rozházel část materiálu, který byl k dispozici pro formování planet. Většina materiálu z okolí 1 AU byla rozptýlena a unikla tak z dosahu „hubené“ planety Mars. Naopak Země a Venuše se vytvářely v oblasti poměrně bohaté na stavební materiál.

Zdroj: http://www.physorg.com/news/2011-06-solar-formation-jupiter-foray-mars.html a http://www.spaceref.com/news/viewpr.html?pid=33763

autor: František Martinek