Τα τελευταία χρόνια, οι αστρονόμοι προσπαθούν να βελτιώσουν την κατανόησή μας για το πώς σχηματίστηκε το Ηλιακό Σύστημα. Από τη μία πλευρά, έχετε την παραδοσιακή νεφρική υπόθεση που υποστηρίζει ότι ο Ήλιος, οι πλανήτες και όλα τα άλλα αντικείμενα στο Ηλιακό Σύστημα σχηματίστηκαν από νεφελώδες υλικό πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο, οι αστρονόμοι υποθέτουν παραδοσιακά ότι οι πλανήτες σχηματίζονταν στις τρέχουσες τροχιές τους, ο οποίος έκτοτε αμφισβητείται.
Αυτό έχει αμφισβητηθεί από θεωρίες όπως το μοντέλο Grand Tack. Αυτή η θεωρία δηλώνει ότι ο Δίας μετανάστευσε από την αρχική του τροχιά αφού σχηματίστηκε, το οποίο είχε μεγάλο αντίκτυπο στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα. Και σε μια πιο πρόσφατη μελέτη, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων έχει κάνει τα πράγματα ένα βήμα παραπέρα, προτείνοντας ότι ο Άρης πραγματικά σχηματίστηκε σε αυτό που είναι σήμερα η ζώνη αστεροειδών και μετανάστευσε πιο κοντά στον Ήλιο με την πάροδο του χρόνου.
Η μελέτη, με τίτλο «Ο δροσερός και μακρινός σχηματισμός του Άρη», εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Γράμματα της Γης και της Πλανητικής Επιστήμης. Η μελέτη διεξήχθη από τον Ramon Brasser του Ινστιτούτου Earth Life Science στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο και περιελάμβανε μέλη από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, την Ουγγρική Ακαδημία Επιστημών και το Πανεπιστήμιο του Dundee στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα αντιμετώπισε ένα από τα πιο έντονα ζητήματα με τα παραδοσιακά μοντέλα σχηματισμού ηλιακού συστήματος. Αυτή είναι η υπόθεση ότι ο Άρης, η Γη και η Αφροδίτη σχηματίστηκαν στενά μεταξύ τους και ότι ο Άρης μετανάστευσε προς τα έξω στην τρέχουσα τροχιά του. Επιπλέον, η θεωρία υποστηρίζει ότι ο Άρης - περίπου 53% τόσο μεγάλος όσο η Γη και μόνο το 15% όσο ογκώδης - είναι ουσιαστικά ένα πλανητικό έμβρυο που δεν έγινε ποτέ ένας πλήρης, βραχώδης πλανήτης.
Ωστόσο, αυτό έρχεται σε αντίθεση με τις στοιχειώδεις στοιχειακές και ισοτοπικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν σε μετεωρίτες του Άρη, οι οποίες έχουν επισημάνει βασικές διαφορές στη σύνθεση μεταξύ του Άρη και της Γης. Όπως έδειξε ο Brasser και η ομάδα του στη μελέτη τους:
«Αυτό υποδηλώνει ότι ο Άρης σχηματίστηκε έξω από την επίγεια ζώνη τροφοδοσίας κατά τη διάρκεια της πρωτογενούς αύξησης. Είναι επομένως πιθανό ότι ο Άρης παρέμενε πάντα πολύ πιο μακριά από τον Ήλιο από τη Γη. η ανάπτυξή του ήταν αναστατωμένη νωρίς και η μάζα της παρέμεινε σχετικά χαμηλή.
Για να δοκιμάσει αυτήν την υπόθεση, η ομάδα διεξήγαγε δυναμικές προσομοιώσεις που ήταν σύμφωνες με το μοντέλο Grand Tack. Σε αυτές τις προσομοιώσεις, ο Δίας μετακίνησε μια μεγάλη συγκέντρωση μάζας προς τον Ήλιο καθώς μετανάστευσε προς το εσωτερικό ηλιακό σύστημα, το οποίο είχε μια βαθιά επίδραση στον σχηματισμό και τα τροχιακά χαρακτηριστικά των επίγειων πλανητών (Ερμή, Αφροδίτη, Γη και Άρη).
Η θεωρία υποστηρίζει επίσης ότι αυτή η μετανάστευση έβγαλε υλικό από τον Άρη, με αποτέλεσμα να αντιστοιχούν οι διαφορές στη σύνθεση και το μικρότερο μέγεθος και μάζα του πλανήτη σε σχέση με την Αφροδίτη και τη Γη. Αυτό που βρήκαν ήταν ότι σε ένα μικρό ποσοστό των προσομοιώσεών τους, ο Άρης σχηματίστηκε μακρύτερα από τον Ήλιο και ότι η βαρυτική έλξη του Δία ώθησε τον Άρη στην τρέχουσα τροχιά του.
Από αυτό, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι είτε οι επιστήμονες δεν διαθέτουν τους απαραίτητους μηχανισμούς για να εξηγήσουν τον σχηματισμό του Άρη, ή ότι από όλες τις δυνατότητες, αυτό το στατιστικά σπάνιο σενάριο είναι πράγματι το σωστό. Όπως δήλωσε ο Stephen Mojzis - καθηγητής γεωλογικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο και συν-συγγραφέας της μελέτης - σε πρόσφατη συνέντευξη με Περιοδικό Αστροβιολογίας, το γεγονός ότι το σενάριο είναι σπάνιο δεν το καθιστά λιγότερο εύλογο:
«Με δεδομένο αρκετό χρόνο, μπορούμε να περιμένουμε αυτά τα γεγονότα. Για παράδειγμα, θα πάρετε τελικά διπλά έξι αν ρίξετε τα ζάρια αρκετές φορές. Η πιθανότητα είναι 1/36 ή περίπου η ίδια με αυτή που έχουμε για τις προσομοιώσεις του σχηματισμού του Άρη. "
Στην πραγματικότητα, μια πιθανότητα 2% (που είναι αυτό που έλαβαν από τις προσομοιώσεις) είναι σχεδόν κακές πιθανότητες όταν εξετάζονται με κοσμολογικούς όρους. Και όταν κάποιος θεωρεί ότι μια τέτοια πιθανότητα θα επέτρεπε τις βασικές διαφορές μεταξύ του Άρη και των χερσαίων ξαδέλφων του (δηλαδή της Γης και της Αφροδίτης), αυτή η μικρή πιθανότητα φαίνεται μάλλον δυνατή. Ωστόσο, η ιδέα ότι ο Άρης μετανάστευσε προς τα μέσα κατά τη διάρκεια της ιστορίας του έχει επίσης σοβαρές επιπτώσεις.
Για αρχάριους, οι ερευνητές πιέστηκαν να εξηγήσουν πώς ο Άρης θα μπορούσε να είχε μια παχύτερη, πιο ζεστή ατμόσφαιρα που θα επέτρεπε την ύπαρξη υγρού νερού στην επιφάνεια. Εάν ο Άρης σχηματιζόταν πραγματικά στη σύγχρονη ζώνη αστεροειδών, θα είχε υποστεί πολύ λιγότερη ηλιακή ροή και οι επιφανειακές θερμοκρασίες θα ήταν σημαντικά χαμηλότερες από ό, τι αν είχε σχηματιστεί στη σημερινή του θέση.
Ωστόσο, όπως δείχνουν, εάν ο Άρης είχε αρκετό διοξείδιο του άνθρακα στην πρώιμη ατμόσφαιρά του, τότε είναι πιθανό ότι οι επιπτώσεις κατά τη διάρκεια της ύστερης βαριάς βομβαρδίας θα μπορούσαν να επιτρέψουν διαλείπουσες περιόδους όπου θα μπορούσε να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια. Ή όπως το εξηγούν:
«Εκτός αν, όπως δείχνει το μοντέλο μας, ένας Άρης Άκρως πλούσιος σε πτητικές ουσίες είχε ισχυρή και βιώσιμη ατμόσφαιρα θερμοκηπίου, η μέση επιφανειακή του θερμοκρασία ήταν ασυναγώνιστα κάτω από τους 0 ° C. Ένα τέτοιο ψυχρό επιφανειακό περιβάλλον θα επηρεαζόταν τακτικά από βομβαρδισμούς πρώιμου αντίκτυπου που και οι δύο ξεκίνησαν εκ νέου έναν υδρογονικό κύκλο, και παρείχαν ένα καταφύγιο για πιθανή πρώιμη ζωή στον αρειανό φλοιό. "
Βασικά, ενώ ο Άρης θα είχε υποστεί λιγότερους τρόπους ηλιακής ενέργειας κατά την πρώιμη διάρκεια ζωής του, είναι πιθανό θα μπορούσε να ήταν ακόμη αρκετά ζεστό για να υποστηρίξει υγρό νερό στην επιφάνειά του. Και όπως δήλωσε ο Μότζις σε ένα έγγραφο που συνέγραψε πέρυσι, οι πολλοί βομβαρδισμοί που έλαβε (όπως επιβεβαιώνουν οι πολλοί κρατήρες του) θα ήταν αρκετοί για να λιώσουν τον επιφανειακό πάγο, να πυκνώσουν την ατμόσφαιρα και να πυροδοτήσουν έναν περιοδικό υδρολογικό κύκλο.
Ένα άλλο ενδιαφέρον πράγμα για αυτήν τη μελέτη είναι πώς προβλέπει ότι η Αφροδίτη πιθανότατα έχει μια χύδην σύνθεση (συμπεριλαμβανομένων των ισοτόπων οξυγόνου) που είναι παρόμοια με αυτή του συστήματος Γης-Σελήνης. Σύμφωνα με τις προσομοιώσεις τους, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η Αφροδίτη και η Γη μοιράζονταν πάντα τα ίδια δομικά στοιχεία, ενώ η Γη και ο Άρης δεν είχαν. Αυτά τα ευρήματα ήταν συνεπή με τις πρόσφατες επίγειες παρατηρήσεις υπέρυθρης ακτινοβολίας της Αφροδίτης και την ατμόσφαιρά της.
Φυσικά, δεν μπορούν να εξαχθούν οριστικά συμπεράσματα σχετικά με αυτό έως ότου ληφθούν δείγματα του φλοιού της Αφροδίτης. Αυτό θα μπορούσε να επιτευχθεί εάν και όταν η προτεινόμενη αποστολή Venera-Dolgozhivuschaya (Venera-D) - ένα κοινό σχέδιο της NASA / Roscomos να στείλει έναν τροχιά και έναν εκφορτωτή στην Αφροδίτη - ξεκινά την επόμενη δεκαετία. Εν τω μεταξύ, υπάρχουν και άλλα εκκρεμή ζητήματα στο μοντέλο Grand Tack και Nebular Hypothesis που πρέπει να αντιμετωπιστούν.
Σύμφωνα με τον Mojzis, αυτά περιλαμβάνουν τον τρόπο με τον οποίο οι γίγαντες αερίου / πάγου του Ηλιακού Συστήματος θα μπορούσαν να είχαν σχηματιστεί στις τρέχουσες τοποθεσίες τους. Η ιδέα ότι διαμορφώθηκαν στις τρέχουσες τροχιές τους πέρα από τον Αστεροειδή Ζώνη φαίνεται ασυνεπής με τα μοντέλα του πρώιμου Ηλιακού Συστήματος, τα οποία δείχνουν ότι δεν υπήρχε αρκετό από το απαραίτητο υλικό που ήταν πολύ μακριά από τον Ήλιο. Μια εναλλακτική λύση είναι ότι σχηματίστηκαν πιο κοντά στον Ήλιο και μετανάστευσαν επίσης προς τα έξω.
Όπως εξήγησε ο Mojzsis, αυτή η πιθανότητα ενισχύεται από πρόσφατες μελέτες πλανητικών ηλιακών συστημάτων, όπου οι γίγαντες αερίου βρέθηκαν να βρίσκονται σε τροχιά πολύ κοντά στα αστέρια τους (δηλαδή "Hot Jupiters") και πιο μακριά:
«Κατανοούμε από άμεσες παρατηρήσεις μέσω του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Kepler και από προηγούμενες μελέτες ότι η τεράστια μετανάστευση πλανητών είναι ένα φυσιολογικό χαρακτηριστικό των πλανητικών συστημάτων. Ο γίγαντας πλανήτης προκαλεί μετανάστευση και η μετανάστευση αφορά τη βαρύτητα και αυτοί οι κόσμοι επηρέασαν τις τροχιές του άλλου από νωρίς. "
Εάν υπάρχει ένα όφελος από το να είμαστε σε θέση να κοιτάξουμε πιο μακριά στο Σύμπαν, με τον τρόπο που επέτρεψε στους αστρονόμους να βρουν καλύτερες και πληρέστερες θεωρίες για το πώς δημιουργήθηκε το Ηλιακό Σύστημα. Και καθώς η εξερεύνηση του Ηλιακού Συστήματος συνεχίζει να αυξάνεται, είμαστε σίγουροι ότι θα μάθουμε πολλά πράγματα που θα βοηθήσουν στην κατανόηση και των άλλων συστημάτων αστεριών.
