En märklig klass av meteoriter har gett forskarna nya ledtrådar om när planeten Jupiter tog form och vandrade genom solsystemet.

Forskare har teoretiserat i flera år nu att Jupiter förmodligen inte alltid var i sin nuvarande omloppsbana, vilket är ungefär fem astronomiska enheter från solen (Jordens avstånd från solen är en astronomisk enhet). En rad bevis som tyder på en joviansk migration handlar om storleken på Mars. Mars är mycket mindre än vad planettillväxtmodeller förutspår. En förklaring till det är att Jupiter en gång kretsade mycket närmare solen än vad den gör nu. Under tiden, det skulle ha sopat upp mycket av det material som behövs för att skapa Mars i superstorlek.

Men medan de flesta forskare är överens om att jätteplaneter migrerar, tidpunkten för Jupiters bildande och migration har varit ett mysterium. Det är där meteoriterna kommer in.

Meteoriter som kallas CB-kondriter bildades som föremål i det tidiga solsystemet – troligen i dagens asteroidbälte – som slogs in i varandra med otrolig hastighet. Denna nya studie, publicerad i tidningen Vetenskapens framsteg , använde datorsimuleringar för att visa att Jupiters enorma gravitation skulle ha gett de rätta förutsättningarna för att dessa hyperhastighetspåverkan skulle inträffa. Det tyder i sin tur på att Jupiter var nära sin nuvarande storlek och satt någonstans nära asteroidbältet när CB-kondrulerna bildades, vilket var cirka 5 miljoner år efter bildandet av de första fasta ämnen i solsystemet.

"Vi visar att Jupiter skulle ha rört upp asteroidbältet tillräckligt för att producera de höga anslagshastigheterna som krävs för att bilda dessa CB-kondriter, sa Brandon Johnson, en planetforskare vid Brown University som ledde forskningen. "Dessa meteoriter representerar första gången solsystemet kände Jupiters fantastiska kraft."

Konstiga strukturer

Kondriter är en klass av meteoriter som består av kondruler, små sfärer av tidigare smält material, och är bland de vanligaste meteoriterna som finns på jorden. CB-kondriterna är en relativt sällsynt subtyp som länge har fascinerat meteoritiker.

En del av det som gör CB-kondriterna så intressanta är att deras kondruler alla går tillbaka till ett mycket smalt tidsfönster i det tidiga solsystemet. "Khondrulerna i andra meteoriter ger oss en rad olika åldrar, "Sade Johnson. "Men de i CB-kondriterna går alla tillbaka till denna korta period 5 miljoner år efter det första solsystemets fasta ämnen."

Men till Johnson, som studerar påverkansdynamik, det finns något annat intressant med CB-kondriter:De innehåller metalliska korn som verkar ha kondenserats direkt från förångat järn.

"Förångning av järn kräver stötar med riktigt hög hastighet, ", sa Johnson. "Du måste ha en anslagshastighet på cirka 20 kilometer per sekund för att ens börja förånga järn, men traditionella datormodeller av det tidiga solsystemet producerar bara slaghastigheter på cirka 12 kilometer per sekund vid den tidpunkt då CB-kondriterna bildades."

Så Johnson arbetade med Kevin Walsh från Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, att generera nya datormodeller av kondrulbildande perioden – modeller som inkluderar närvaron av Jupiter nära asteroidbältets nuvarande position.

Gravity boost

Stora planeter genererar massor av gravitation, som kan slungskjuta närliggande föremål i hög hastighet. NASA utnyttjar ofta denna dynamik, svänga rymdskepp runt planeter för att generera hastighet.

Walsh och Johnson inkluderade i sina simuleringar ett scenario av Jupiters bildande och migration som anses sannolikt av många planetforskare. Scenariot, känd som Grand Tack (en term hämtad från segling), antyder att Jupiter bildades någonstans i det yttre solsystemet. Men när den skapade sin tjocka atmosfär, det förändrade fördelningen av massa i den gasformiga solnebulosan som omger den. Den förändringen i massdensitet fick planeten att migrera, rör sig inåt mot solen till ungefär där asteroidbältet är idag. Senare, bildandet av Saturnus skapade en gravitationsdragare som drog ut båda planeterna tillbaka till där de är idag.

"När vi inkluderar Grand Tack i vår modell vid den tidpunkt då CB-kondriterna bildades, vi får en enorm ökning i anslagshastigheter i asteroidbältet, "Sade Walsh. "Hastigheterna som genereras i våra modeller är lätt nog snabba för att förklara det förångade järnet i CB-kondriter."

The most extreme collision in the model was an object with a 90-kilometer diameter slamming into a 300-kilometer body at a speed of around 33 kilometers per second. Such a collision would have vaporized 30 to 60 percent of the larger body's iron core, providing ample material for CB chondrites.

The models also show that the increase in impact velocities would have been short-lived, lasting only about 500, 000 years or so (a blink of an eye on the cosmic timescale). That short timescale allowed the researchers to conclude that Jupiter formed and migrated at roughly the same time the CB chondrites formed.

The researchers say that while the study is strong evidence for the Grand Tack migration scenario, it doesn't necessarily preclude other migration scenarios. "It's possible that Jupiter formed closer to the sun and then migrated outward, rather than the in then out migration of the Grand Tack, " Johnson said.

Whatever the scenario, the study provides strong constraints on the timing of Jupiter's presence in the inner solar system.

"In retrospect, it seems obvious that you would need something like Jupiter to stir the asteroid belt up this much, " Johnson said. "We just needed to create these models and calculate the impact speeds to connect the dots."