우리는 바람에 먼지입니다. 행성과 소행성과 혜성도 마찬가지입니다. 먼지가 많은 시작부터 시작, 중력 및 다른 힘의 혼란은 태양계를 건설하기 위해 공모했습니다. 그 웅대하고 바쁜 과정이 어떻게 생겼는지 알아 내려고 노력하는 훌륭한 전통이 있습니다. 오늘날, 정교한 시뮬레이션의 도움으로 과학자들은 태양계가 현재의 방식이 어떻게되었는지를 보여줄 수있는 모델을 세 심하게 땜질 할 수 있습니다. 새로운 자연 천문학에서 종이, 우리는 지금까지 가장 설득력있는 아이디어를 구축함으로써 한 걸음 더 나아갑니다.
이것은 오랫동안 매혹적인 도전이었습니다. 독일의 빅 위그 철학자 인 임마누엘 칸트 (Immanuel Kant)와 프랑스에서 가장 중요한 과학 이론가 인 18 세기 사상가 인 피에르 라플라스 (Pierre Laplace)는 모두 젊은 태양을 돌고 먼지와 가스의 디스크에서 시작했다고 생각했다. 약 1 세기 전, Thomas Chamberlain과 Forest Moulton은 다른 생각을 제안했습니다. 행성은 도시에서 County-County 크기의 바위가 Planetesimals라고 불렀다는 다른 생각을 제안했습니다. 두 아이디어 모두 기본적으로 정확하다는 것이 밝혀졌습니다. 오늘날 누구나 천문학 자들이 당신이 읽을 때 행성을 형성하고있는 젊은 별 주위에 디스크를 드러내는 망원경에서 NASA 이미지를 보면서 한 시간을 보낼 수 있습니다. 소행성과 혜성은 태양계 전체에 바위와 얼음 행성이 형성되었다는 증거입니다.
우리는 행성이 태양 주위의 기체 디스크 내에서 3 개의 분리 된 행성 고리에서 형성되었다고 제안합니다. 이 모델은 또한 다른 별 주변의 행성 디스크를 이해하여 태양계 행성 및 소행성의 궤도와 유태 산물의 화학적 측정과 연결합니다. 왜 Planetesimals의 고리인가? 이 개념은 태양계에서 큰 거리에서 쪼그리고 앉는다면 행성을 구성하는 덩어리를 확산시키는 것을 상상해보십시오. 거의 모든 바위가 많은 물질은 태양과 소행성 벨트에 거의 덩어리가 거의없는 금성과 지구 사이에 집중되며, 태양, 목성 및 풍미에서 조금 더 멀리 떨어진 곳에는 대량의 질량을 만들어내는 엄청난 양의 질량을 만들어냅니다. 그러나 이러한 고리의 특성을 결정하는 것은 무엇입니까?
Planetesimals는 가스가 지배하는 디스크 내의 특정 위치 내에 충분한 먼지가 뭉칠 때마다 자발적으로 합쳐질 수 있습니다. 먼지 곡물은 먼지 입자 충돌로 자라며 크기가 약 1 밀리미터에 도달하면 자전거를 타는 것처럼 드래그를 경험하기 시작합니다. 이로 인해 큰 먼지 곡물이 태양을 향해 안쪽으로 표류합니다. 모델링에 따르면 국소 가스 압력의 범프와 관련된 디스크 내에 먼지 "트랩"이 존재하는 것으로 나타났습니다.
과학자들은 종종 행성 형성 디스크의 이미지에서 이러한 고리 트랩을 본다. 칠레의 Alma (Atacama Large Millimeter Array) 망원경으로 촬영 한 위의 이미지에서 일부를 볼 수 있습니다. 먼지 트랩은 특정 중요한 분자 증발 및 응축과 관련 될 수 있습니다. 우리 모델에서는 이들이 실리케이트 암석, 물 및 일산화탄소로 끝납니다. 그들은 우리의 세 가지 가장 강력한 함정과 관련이 있습니다. 이 요소들의 응축 온도는 절대 0 (일산화탄소의 경우)에서 30도에서 1500도 (규산염)에 걸쳐 있습니다. 각각은 별에서 주어진 궤도 거리에 해당합니다. 표류하는 먼지는 디스크 내의 각 위치에 쌓여 있으며 행성의 고리를 생성합니다. 이 세 가지 고리는 우리 모델에서 행성의 빌딩 블록입니다.
각 링을 태양계의 특정 영역과 직접 연결할 수 있습니다. 꽤 깔끔합니다. 우리의 시뮬레이션에서, 내부 링은 바위가 많은 행성에서 지구보다 2 ~ 3 배의 질량을 포함합니다. 이 고리 안에 형성된 가장 거대한 지상 행성, 금성과 지구의 두 가지. 화성과 수은은 고리에서 흩어져 성장이 틀 렸습니다. 화성은 주로 링의 외부 부품의 재료에서 자랐습니다. 이는 화성과 지구의 화학적 차이를 잘 설명합니다 (지구는 한 그룹의 운석과 화성과 화성과 다른 구성에서 더 유사합니다.)
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중간 고리는 우리 시뮬레이션에서 가장 거대한 것입니다. 10 ~ 20 개의 지구 질량의 거대한 행성은 먼지 및 기타 행성과 충돌하여 고리 내에서 빠르게 자랍니다. 이것들은 중력으로 인해 디스크에서 가스를 포착하고 목성과 토성으로 자랍니다. 얼음 거인 천왕성과 해왕성 도이 반지의 외곽 내에 형성되었지만 성장이 느려지면 더 많은 가스를 포착하지 못했습니다.
그리고 소행성 벨트? 그것은 내부와 중간 고리 사이에 있습니다. 우리의 시뮬레이션에서는 우주의“난민 캠프”로 생각할 수 있습니다. 여기에는 태양계를 가로 질러 형성되었지만 벨트 내에는 없을 수도있는 물체가 포함되어 있으며, 행성이 거의없고 때로는 전혀 태어나지 않습니다. 이것은 관찰 된 궤도 분포뿐만 아니라 다른 소행성 유형과 연결된 운석에서 추론되는 벨트의 화학적 구배와 일치합니다. 오늘날의 벨트는 바위 행성의 성장 동안 내부 고리에서 바깥쪽으로 흩어져있는 행성의 흩어진 행성으로 구성된 지구 질량의 총 0.05 % 미만 만 포함하고 가스 및 얼음 거인의 성장 동안 중간 고리에서 내부로 흩어져있는 행성이 흩어져 있습니다.
Planetesimals의 외부 고리는 현재의 Kuiper 벨트, 해왕성 궤도를 넘어 작은 얼음 몸의 모집단에 해당합니다. 우리의 시뮬레이션은 일반적으로 현재의 Kuiper 벨트보다 2 배 더 많은 행성에서 20 ~ 30 개의 지구 질량을 생산하지만 거대한 행성의 현재 궤도를 설명하기 위해 외부 벨트에 필요한 질량의 양과 편리하게 일치합니다.
따라서 3 링 모델은 태양계의 궤도 아키텍처라고 할 수있는 것을 재현합니다. 이러한 동일한 프로세스가 다른 외계 행성 시스템의 다양성을 설명 할 수 있다면 인상적입니다. 그리고 우리는 그들이 할 수 있다고 생각합니다.
다른 별 주변의 행성 형성 디스크는 유비쿼터스이지만 특성이 다른 스펙트럼이지만 행성 고리는 체계적으로 형성되어야합니다. 모든 별의 약 30 %가 내부 또는 중간 고리 내의 행성에서 형성 될 수있는 근접 슈퍼 고리, 또는 하위 성 행성이 있습니다. 행성이 화성의 크기에 도달하면 지구 질량의 약 10 %, 가스가 디스크에서 사라지기 전에 수백만 년이 걸릴 수있는 나선형 밀도 파를 시작합니다. 이로 인해 행성의 궤도가 중앙 별을 향해 줄어들거나 이동하게됩니다. 우리의 태양계가 너무 느리게 자랐기 때문에 태양계를 피할 수 있습니다. 가스 대기업 행성은 중간 고리에서 가장 자연스럽게 형성되어야하며, 실제로 대부분의 거대한 외계 행성은 슈퍼 고리보다 넓은 궤도에서 발견되지만 목성 (아마도 가장 적은 마이그레이션으로 인해 지구의 궤도에 더 가깝습니다).
.오래된 행성 가설의 지지자 중 하나 인 Moulton은 한 번이 아이디어가 Laplace가 가진 먼지가 많은 디스크에서 얼마나 완전히 뚜렷한 지 강조했습니다. 그는 1928 년 과학 의 1928 호에서 썼다. , "이러한 다른 지적 구조 속에서 살아있는 유기체의 다른 속과 다루기가 어렵다는 것만 큼 심오합니다." 그는 당신이 짐작할 수 있듯이 그것에 대해 꽤 잘못되었습니다. 우리의 3 링 모델 브리지는 그 아이디어와 함께 여러 아이디어와 함께 Moulton이 그의 삶과 비유하는 것을 만들기 위해 복잡한 키메라라고 불렀습니다. 모델의 프랑켄슈타인 괴물. 유용한 한, 우리와 함께 괜찮습니다.
Sean Raymond는 프랑스의 보르도 천체 물리학 실험실에서 일하는 미국 천체 물리학 자입니다. 또한 Science and Fiction (Planetplanet.net)의 인터페이스에 블로그를 작성하고 최근에 천문학시를 출판했습니다.
Andre Izidoro는 Rice University의 지구, 환경 및 행성 과학의 박사후 학자입니다.
Rajdeep Dasgupta는 Rice University의 지구, 환경 및 행성 과학의 우주 화학자입니다. 그는 실험용 석유 팀과 영리한 계획 프로젝트를 이끌고 있습니다.
리드 이미지 : 칠레의 Alma 망원경은 밀리미터 크기의 먼지에 민감한 행성 형성 디스크의 이미지를 찍었습니다. Alma (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; nrao/aui/nsf, S. dagnello
