21.6: Mtazamo Mpya juu ya Uundaji wa Say

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi uvumbuzi wa exoplanet umebadilisha uelewa wetu wa malezi ya sayari
• Jadili jinsi mifumo ya sayari tofauti kabisa na mfumo wetu wa jua inaweza kuwa imekuja

Kijadi wanaastronomia wamefikiri kwamba sayari katika mfumo wetu wa jua ziliundwa katika umbali wao wa sasa kutoka Jua na zimebaki huko tangu hapo. Hatua ya kwanza katika malezi ya sayari kubwa ni kujenga msingi imara, ambayo hutokea wakati sayari za sayari zinapogongana na fimbo. Hatimaye, msingi huu unakuwa mkubwa wa kutosha kuanza kuenea vifaa vya gesi kwenye diski, na hivyo kujenga gesi kubwa Jupiter na Saturn.

Jinsi ya kufanya Jupiter Moto

Mfano wa jadi wa kuundwa kwa sayari hufanya kazi tu kama sayari kubwa zinaundwa mbali na nyota ya kati (takriban 5—10 AU), ambapo diski ni baridi ya kutosha kuwa na wiani wa juu kabisa wa jambo imara. Haiwezi kueleza Jupiters ya moto, ambayo iko karibu sana na nyota zao ambako malighafi yoyote ya miamba yangeweza kuvukia kabisa. Pia haiwezi kueleza njia za duaradufu tunazozingatia kwa baadhi ya sayari za nje kwa sababu obiti ya protoplaneti, chochote sura yake ya awali, itakuwa haraka kuwa mviringo kupitia mwingiliano na diski inayozunguka ya nyenzo na itabaki kwa njia hiyo kadiri sayari inakua kwa kueneza jambo la ziada.

Kwa hiyo tuna chaguo mbili: ama tunapata mfano mpya wa kutengeneza sayari karibu na joto la nyota inayozunguka, au tunapata njia ya kubadilisha njia za sayari ili Jupiters baridi ziweze kusafiri ndani baada ya kuunda. Utafiti wengi sasa inasaidia maelezo ya mwisho.

Mahesabu yanaonyesha kwamba ikiwa sayari inaunda wakati kiasi kikubwa cha gesi kinabakia kwenye diski, basi baadhi ya kasi ya angular ya orbital ya sayari inaweza kuhamishiwa kwenye diski. Kama inapoteza kasi (kupitia mchakato unaotukumbusha madhara ya msuguano), sayari itaondoka ndani. Utaratibu huu unaweza kusafirisha sayari kubwa, awali sumu katika mikoa baridi ya disk, karibu na nyota ya kati-na hivyo kuzalisha Jupiters moto. Uingiliano wa mvuto kati ya sayari katika mfumo wa jua mapema wa machafuko unaweza pia kusababisha sayari kupigwa kombeo ndani kutoka umbali mkubwa. Lakini kwa hili kufanya kazi, sayari nyingine inapaswa kubeba kasi ya angular na kuhamia kwenye obiti ya mbali zaidi.

Katika baadhi ya matukio, tunaweza kutumia mchanganyiko wa transit pamoja na vipimo Doppler kuamua kama sayari obiti katika ndege moja na katika mwelekeo sawa na nyota. Kwa matukio machache ya kwanza, mambo yalionekana kuwa yanafanya kazi kama tulivyotarajia: kama mfumo wa jua, sayari kubwa za gesi zinazunguka katika ndege ya nyota zao za ikweta na katika mwelekeo sawa na nyota inayozunguka.

Kisha, baadhi ya uvumbuzi wa kushangaza ulifanywa kwa sayari kubwa za gesi zilizotembea kwenye pembe za kulia au hata kwa maana tofauti kama spin ya nyota. Je, hii inaweza kutokea? Tena, lazima kuwe na mwingiliano kati ya sayari. Inawezekana kwamba kabla ya mfumo wa kukaa chini, sayari mbili zilikuja karibu, hivyo kwamba moja alipigwa kwenye obiti isiyo ya kawaida. Au labda nyota inayopita iliharibu mfumo baada ya sayari kuundwa hivi karibuni.

Kuunda Mfumo wa Sayari

Wakati galaksi ya Milky Way ilikuwa changa, nyota zilizoundwa hazikuwa na elementi nyingi nzito kama chuma. Vizazi kadhaa vya malezi ya nyota na kifo cha nyota vilihitajika ili kuimarisha kati ya interstellar kwa vizazi vilivyofuata vya nyota. Kwa kuwa sayari zinaonekana kuunda “ndani nje,” kuanzia na kuongezeka kwa vifaa vinavyoweza kufanya cores za mawe ambazo sayari zinaanza, wanaastronomia walishangaa wakati katika historia ya Galaxy, uundaji wa sayari ungeendelea.

Nyota Kepler-444 imetoa mwanga juu ya swali hili. Huu ni mfumo tightly packed ya sayari tano-ndogo kulinganishwa katika ukubwa na Mercury na kubwa sawa katika ukubwa wa Venus. Sayari zote tano ziligunduliwa kwa chombo cha angani cha Kepler wakati zilipitisha nyota yao mzazi. Sayari zote tano zinazunguka nyota zao za jeshi katika chini ya muda inachukua Mercury kukamilisha obiti moja kuhusu Jua. Kwa kushangaza, nyota ya mwenyeji Kepler-444 ni zaidi ya miaka bilioni 11 na iliundwa wakati Milky Way ilikuwa na umri wa miaka bilioni 2 tu. Hivyo elementi nzito zinazohitajika kufanya sayari za miamba lazima ziwe tayari zimepatikana hapo. Mfumo huu wa kale wa sayari unaweka saa katika mwanzo wa malezi ya sayari ya miamba kuwa hivi karibuni baada ya kuundwa kwa Galaxy yetu.

Takwimu za Kepler zinaonyesha kuwa wakati sayari za miamba ndani ya obiti ya Mercury hazipo katika mfumo wetu wa jua, zina kawaida kuzunguka nyota nyingine, kama Kepler-444. Wakati mifumo ya kwanza iliyojaa sayari za miamba ya karibu iligunduliwa, tulijiuliza kwa nini zilikuwa tofauti na mfumo wetu wa jua. Wakati mifumo mingi hiyo iligunduliwa, tulianza kujiuliza kama ni mfumo wetu wa jua ambao ulikuwa tofauti. Hii ilisababisha uvumi kwamba sayari za ziada za miamba zinaweza kuwepo karibu na Jua katika mfumo wetu wa jua.

Kuna baadhi ya ushahidi kutoka kwa mwendo katika mfumo wa jua wa nje kwamba Jupiter inaweza kuwa amehamia ndani ya muda mrefu uliopita. Ikiwa ni sahihi, basi uharibifu wa mvuto kutoka Jupiter ungeweza kuondokana na njia za sayari za miamba ya karibu, na kusababisha kuanguka kwenye Jua. Sambamba na picha hii, wanaastronomia sasa wanafikiri kwamba Uranus na Neptune labda hawakuunda umbali wao wa sasa kutoka Jua lakini badala ya karibu na mahali ambapo Jupiter na Saturn sasa. Sababu ya wazo hili ni kwamba wiani katika diski ya suala jirani Jua wakati sayari zilizoundwa ilikuwa chini sana nje ya obiti ya Saturn kwamba itachukua miaka bilioni kadhaa kujenga Uranus na Neptune. Hata hivyo tuliona mapema katika sura kwamba disks karibu protostars kuishi miaka milioni chache tu.

Kwa hiyo, wanasayansi wameanzisha mifano ya kompyuta inayoonyesha kwamba Uranus na Neptune wangeweza kuunda karibu na maeneo ya sasa ya Jupiter na Saturn, na kisha wamechukuliwa kwa umbali mkubwa kwa njia ya ushirikiano wa mvuto na majirani zao. Uchunguzi huu wote wa ajabu unaonyesha jinsi hatari inaweza kuwa na hitimisho kuhusu jambo la sayansi (katika kesi hii, jinsi mifumo ya sayari inavyojenga na kupanga wenyewe) wakati unafanya kazi tu kwa mfano mmoja.

Exoplanets imesababisha picha mpya ya malezi ya mfumo wa sayeti-moja ambayo ni machafuko zaidi kuliko tulivyofikiria awali. Ikiwa tunafikiria sayari kuwa kama skaters katika rink, mfano wetu wa awali (pamoja na mfumo wetu wa jua kama mwongozo) ulidhani kwamba sayari zilikuwa kama skaters wenye heshima, zote zikitii sheria za rink na zote zinahamia karibu mwelekeo huo, kufuatia njia zenye mviringo. Picha mpya inafanana zaidi na derby ya roller, ambapo skaters huanguka kwa kila mmoja, mabadiliko ya maelekezo, na wakati mwingine hutupwa kabisa nje ya rink.

Exoplanets inayofaa

Wakati maelfu ya exoplanets wamegunduliwa katika miongo miwili iliyopita, kila mbinu ya uchunguzi imeshuka mfupi wa kutafuta wagombea zaidi ya wachache ambao hufanana na Dunia (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Wanaastronomia hawajui hasa ni mali gani itafafanua Dunia nyingine. Je, tunahitaji kupata sayari ambayo ni ukubwa sawa na wingi kama Dunia? Hiyo inaweza kuwa vigumu na inaweza kuwa muhimu kutokana na mtazamo wa habitability. Baada ya yote, hatuna sababu ya kufikiri kwamba maisha hayakuweza kutokea duniani ikiwa sayari yetu ingekuwa ndogo kidogo au kubwa. Na, kumbuka kwamba jinsi sayari inavyoweza kuishi inategemea umbali wake kutoka nyota yake na hali ya anga yake. Athari ya chafu inaweza kufanya sayari zenye joto (kama ilivyofanya kwa Venus na inafanya zaidi na zaidi kwa Dunia).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Wengi duniani kama Sayari. Uchoraji huu, uliofanywa na NASA, unaonyesha wazo kwamba kunaweza kuwa na sayari nyingi zinazofanana na Dunia huko nje kama njia zetu za kuzipata zinaboresha.

Tunaweza kuuliza maswali mengine ambayo hatujui majibu. Je, hii “pacha” ya Dunia inahitaji obiti nyota ya aina ya jua, au tunaweza kufikiria kama wagombea exoplanets mbalimbali zinazozunguka K- na nyota za darasa la M? (Katika majira ya joto ya 2016, wanaastronomia waliripoti ugunduzi wa sayari yenye angalau mara 1.3 ya wingi wa Dunia karibu na nyota ya karibu, Proxima Centauri, ambayo ni aina ya spectral M na iko miaka 4.2 ya mwanga kutoka kwetu.) Tuna maslahi maalumu katika kutafuta sayari zinazoweza kusaidia maisha kama yetu, katika hali hii, tunahitaji kupata sayari za nje ndani ya ukanda wa nyota zao, ambapo joto la uso linalingana na maji ya maji yaliyo juu ya uso. Hii labda ni tabia muhimu zaidi inayofafanua exoplanet ya Dunia-Analog.

Utafutaji wa ulimwengu unaoweza kuishi ni mojawapo ya madereva mkuu wa utafiti wa exoplanet katika muongo ujao. Wanaastronomia wanaanza kuendeleza mipango halisi ya vyombo vipya ambavyo vinaweza hata kuangalia ishara za maisha kwenye ulimwengu wa mbali (kuchunguza anga zao kwa gesi zinazohusiana na maisha, kwa mfano). Ikiwa tunahitaji darubini katika nafasi ili kupata ulimwengu kama huo, tunahitaji kutambua kwamba miaka inatakiwa kupanga, kujenga, na kuzindua uchunguzi wa nafasi hizo. Ugunduzi wa sayari za nje na ujuzi kwamba nyota nyingi zina mifumo ya sayari zinabadilisha mawazo yetu kuhusu maisha zaidi ya Dunia. Sisi ni karibu zaidi kuliko hapo awali kujua kama sayari zinazofaa (na zinazoishi) ni za kawaida. Kazi hii inatoa roho mpya ya matumaini kwa kutafuta maisha mahali pengine, jambo ambalo tutarudi katika Maisha katika Ulimwengu.

Angalia habitability ya nyota mbalimbali na sayari kwa kujaribu maingiliano Circumstellar Makao Eneo Simulator na kuchagua mfumo nyota kuchunguza.

Muhtasari

Ensemble ya exoplanets ni tofauti sana na imesababisha marekebisho katika ufahamu wetu wa malezi ya sayari ambayo ni pamoja na uwezekano wa mwingiliano mkali, machafuko, na uhamiaji wa sayari na kutawanyika. Inawezekana kwamba mfumo wa jua ni wa kawaida (na sio mwakilishi) jinsi sayari zake zinapangwa. Mifumo mingi inaonekana kuwa na sayari za miamba ndani zaidi kuliko tunavyofanya, kwa mfano, na baadhi hata zina “Jupiters za moto” zilizo karibu sana na nyota zao. Majaribio ya nafasi ya kabambe yanapaswa kufanya iwezekanavyo kuiga sayari za dunia nje ya mfumo wa jua na hata kupata taarifa kuhusu habitability yao tunapotafuta maisha mahali pengine.