Zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter liegt eine Scheibe aus Gesteinen, kleinen Körpern und Planetoiden, die als bekannt ist Haupt-Asteroidengürtel . Die Existenz dieses Gürtels wurde erstmals im 18. Jahrhundert theoretisiert, basierend auf Beobachtungen, die ein regelmäßiges Muster in den Umlaufbahnen der Sonnenplaneten anzeigten. Im folgenden Jahrhundert wurden regelmäßige Entdeckungen im Raum zwischen Mars und Jupiter gemacht, was Astronomen dazu veranlasste, zu theoretisieren, woher der Gürtel kam.
Lange Zeit diskutierten Wissenschaftler, ob der Gürtel die Überreste eines zerbrochenen Planeten oder Überreste des frühen Systems war, das es ist nicht gelungen ein Planet zu werden . Aber a neue Studie von zwei Astronomen der Universität Bordeaux hat eine andere Einstellung angeboten. Nach ihrer Theorie begann der Asteroidengürtel als leerer Raum, der im Laufe der Zeit nach und nach mit Felsen und Schutt gefüllt wurde.
Für ihre Studie – die kürzlich in der Zeitschrift erschienen istWissenschaftliche Fortschritteunter dem Titel ' Der leere ursprüngliche Asteroidengürtel “ – Die Astronomen Sean N. Raymond und Andre Izidoro von der Universität Bordeaux betrachteten den aktuellen wissenschaftlichen Konsens, dass der Main Belt noch einmal viel dichter war und im Laufe der Zeit an Masse verlor.
Künstlerische Darstellung, wie sich der Asteroidengürtel im Laufe der Zeit mit Asteroiden vom Typ C und S gefüllt haben könnte. Bildnachweis: Sean Raymond/planetplanet.net
Wie Dr. Raymond Universe Today per E-Mail erklärte:
„Das Standardbild ist, dass die Bausteine des Sonnensystems – was wir Planetesimale nennen, die im Allgemeinen als Körper im Maßstab von 10 bis 100 km betrachtet werden – in einer glatten Verteilung über die planetenbildende Scheibe der Sonne begannen. Das Problem ist, dass das ein paar Mal die Erdmasse in den Asteroidengürtel steckt, wo jetzt weniger als ein Tausendstel einer Erdmasse ist. Die Herausforderung in diesem Bild besteht daher darin, zu verstehen, wie der Gürtel 99,9 % seiner Masse (aber nicht 100 %) verloren hat.“
Dazu erwogen Dr. Raymond und Dr. Izodoro die alternative Möglichkeit, dass der Urgürtel vielleicht als leerer Raum begann. Nach dieser Theorie kreisten keine Planetesimalen – also Ceres, Vesta, Palla und Hygeia – wie heute zwischen Mars und Jupiter. Dies begann als Gedankenexperiment, das, wie Dr. Raymond zugibt, zunächst etwas verrückt klang.
Er und Dr. Izodoro stellten jedoch bald fest, dass mehrere protoplanetare Scheiben wie die, die sie sich vorgestellt hatten, bereits in anderen Sternensystemen entdeckt worden waren. Zum Beispiel im Jahr 2014 die Atacama Large Millimeter/Submillimeter-Array in Chile fotografierte eine planetenbildende Scheibe aus Staub und Gas (auch bekannt als protoplanetare Scheibe) im HL-Tauri-System, einem sehr jungen Stern, der sich etwa 450 Lichtjahre entfernt im Sternbild Stier befindet.
Wie das Bild (siehe unten) zeigt, ist der Staub in dieser Scheibe nicht glatt, sondern besteht aus mehreren breiten Bereichen und weniger dichten Bereichen. „Die genaue Erklärung für die Struktur in dieser Scheibe wird noch diskutiert, aber so ziemlich alle Modelle berufen sich auf treibenden Staub“, sagte Raymond. „Und Planetesimale bilden sich, wenn sich Staub in ausreichend dichten Ringen anhäuft. Staubringe sollten also (glauben wir) Ringe von Planetesimalen produzieren.“
Bild der planetenbildenden Scheibe HL Tau, aufgenommen mit dem Atacama Large Millimeter Array. Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Um diese Hypothese zu testen, konstruierten sie ein Modell des frühen Sonnensystems, das eine leere Hauptgürtelregion umfasste. Als sie die Simulation fortsetzten, stellten sie fest, dass die Bildung der Scheibe mit der Bildung der Gesteinsplaneten zusammenhing und allmählich zu dem werden würde, was wir heute sehen. Wie Raymond sagte:
„Wir haben festgestellt, dass das Wachstum der Gesteinsplaneten nicht 100% effizient ist. Ein Bruchteil der Planetesimale wird durch die Gravitation nach außen geschleudert und strandet im Asteroidengürtel. Die Bahnen eingefangener Körper entsprechen denen von S-Typ-Asteroiden. Die Effizienz der Implantation von S-Typen in den Gürtel ist ziemlich gering, nur etwa 1 von 1.000. Denken Sie jedoch daran, dass der Gürtel fast leer ist. Es gibt insgesamt etwa 4 Hunderttausendstel einer Erdmasse in S-Typen im heutigen Gürtel. Unsere Simulationen implantierten normalerweise ein paar Mal so viel. Angesichts der Tatsache, dass einige während der späteren Entwicklung des Sonnensystems verloren gehen, entspricht dies sowohl der Verteilung als auch der Menge der S-Asteroiden im Gürtel.
Dann kombinierten sie dieses Modell mit früheren Arbeiten, die das Wachstum von Jupiter und Saturn untersuchten und wie sich dies auf das Sonnensystem auswirken würde. In diese Studie , zeigten sie, dass sich die Asteroiden vom Typ C im Laufe der Zeit im Gürtel ablagern würden und dass diese Asteroiden auch dafür verantwortlich sein würden, Wasser zur Erde zu liefern. Als sie die Verteilung implantierter Asteroiden vom C- und S-Typ mit ihrer aktuellen Arbeit kombinierten, stellten sie fest, dass sie der heutigen Verteilung von Asteroiden entsprach.
Interessanterweise ist dies nicht die erste Theorie, die Raymond und Izodoro entwickelt haben, um die fehlende Masse des Asteroidengürtels anzugehen. Im Jahr 2011 war Raymond Co-Autor der Studie, die die Grand Tack Modell, in dem er und seine Kollegen vorschlugen, dass Jupiter nach seiner Entstehung aus seiner ursprünglichen Umlaufbahn wanderte. Zuerst bewegte sich der Planet näher an die aktuelle Umlaufbahn des Mars, dann wieder zurück in Richtung seiner heutigen Position.
Diagramm, das zwei mögliche Erklärungen für die Entstehung des Asteroidengürtels vergleicht. Bildnachweis: Sean Raymond/planetplanet.net
Dabei wäre der Asteroidengürtel gesäubert worden, der Mars wäre an Masse beraubt worden, was zu seiner winzigen Größe – relativ zu Erde und Venus – geführt hätte. Damit wurde ein zentrales Problem der klassischen Theorien zur Bildung des Asteroidengürtels gelöst, das als „kleines Marsproblem“ bekannt war. Kurz gesagt, alle früheren Simulationen der solaren Planetenentstehung neigten dazu, Mars-Analoga zu erzeugen, die weitaus massereicher waren als der heutige Mars.
Die Grand-Tack-Hypothese enthielt jedoch noch theoretische Unsicherheiten, die Raymond und Izodoro dazu veranlassten, die Theorie des leeren Urgürtels in Betracht zu ziehen. „Unser neues Ergebnis verleiht einem alternativen Modell Glaubwürdigkeit, bei dem sich Planetesimale im Asteroidengürtel überhaupt nie gebildet haben“, sagte er. „In den letzten Jahren wurden verschiedene Teile dieses neuen Alternativmodells entwickelt, und ich denke, sie bilden zusammen eine solide Alternative zum Grand Tack-Modell.“
Mit Blick auf die Zukunft sagt Raymond, dass er und Izodoro hoffen, weitere Studien und Simulationen durchführen zu können, um zu sehen, ob eine der Theorien bestätigt oder falsifiziert werden kann. „Das ist der nächste Schritt“, sagte er. „Bis zur nächsten (scheinbar) verrückten Idee!“
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