Bevis från fragmenten av en förstörd asteroid tyder på att förändringen i positionerna för jätteplaneterna i vårt solsystem för miljarder år sedan skedde mellan 60–100 miljoner år efter solsystemets bildande och kunde ha varit nyckeln till bildandet av vår måne .
Rymdforskare under ledning av University of Leicester har kombinerat bevis från simuleringar, observationer och analyser av meteoriter för att återskapa den orbitala instabilitet som orsakades när de jättelika planeterna i vårt solsystem flyttade till sina nuvarande platser, kända i 20 år som Nice-modellen.
Resultaten publiceras i tidskriften Science och presenterades vid Europeiska geologiska unionens generalförsamling i Wien.
I början av solsystemet hade jätteplaneterna – Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus – mer cirkulära och mer kompakta banor än de har idag. Tidigare forskning har fastställt att orbital instabilitet i solsystemet förändrade den orbitala konfigurationen och gjorde att mindre planetesimaler spreds. Många av dessa kolliderade med de inre jordiska planeterna i vad forskare har kallat det sena tunga bombardementet.
Huvudförfattaren Dr Chrysa Avdellidou från University of Leicester School of Physics and Astronomy sa:"Frågan är när det hände? Dessa planeters banor destabiliserades på grund av vissa dynamiska processer och tog sedan sina slutliga positioner som vi ser idag. Varje tidpunkt har olika konsekvenser, och det har varit en stor debattfråga i samhället."
"Vad vi har försökt göra med det här arbetet är att inte bara göra en ren dynamisk studie utan kombinera olika typer av studier, koppla observationer, dynamiska simuleringar och studier av meteoriter."
De fokuserade på en typ av meteorit känd som enstatitkondriter, som har en mycket liknande sammansättning som jorden och mycket liknande isotopförhållanden, vilket betyder att de bildades i vårt grannskap. Genom att göra spektroskopiska observationer med markbaserade teleskop kopplade de dessa meteoriter till deras källa:en familj av fragment i asteroidbältet som kallas Athor.
Detta tyder på att Athor ursprungligen var mycket större och bildades närmare solen och att den drabbades av en kollision som minskade dess storlek utanför asteroidbältet.
För att förklara hur Athor hamnade i asteroidbältet testade forskarna olika scenarier med hjälp av dynamiska simuleringar, och drog slutsatsen att den mest troliga förklaringen var gravitationsinstabiliteten som flyttade jätteplaneterna till deras nuvarande banor. Analyser av meteoriterna visade att detta inträffade tidigast 60 miljoner år efter att solsystemet började bildas.
Tidigare bevis från asteroider i Jupiters bana har också satt begränsningar för hur sent denna händelse inträffade, med forskare som drog slutsatsen att gravitationsinstabiliteten måste ha inträffat mellan 60 och 100 miljoner år efter solsystemets födelse, för 4,56 miljarder år sedan.
Tidigare bevis har visat att jordens måne bildades under denna period, med en hypotes var att en planetesimal känd som Theia kolliderade med jorden och skräp från den kollisionen bildade månen.
Tidpunkten för den orbitala instabiliteten är viktig eftersom den avgör när några av de välbekanta egenskaperna i vårt solsystem skulle utvecklas – och kan till och med ha haft en inverkan på vår planets beboelighet.
Dr. Avdellidou tillade, "Det är som att du har ett pussel, du förstår att något borde ha hänt, och du försöker lägga händelserna i rätt ordning för att skapa bilden som du ser idag. Nyheten med studien är att vi inte är det. gör bara rena dynamiska simuleringar, eller bara experiment, eller bara teleskopiska observationer."
"Det fanns en gång fem inre planeter i vårt solsystem och inte fyra, så det kan få konsekvenser för andra saker, som hur vi bildar beboeliga planeter. Frågor som när exakt kom objekt och levererade flyktiga organiska ämnen till vår planet till jorden och Mars? "
Marco Delbo, medförfattare till studien och forskningschef vid Nice Observatory i Frankrike, sa:"Timingen är mycket viktig eftersom många planetesimaler befolkade vårt solsystem i början. Och instabiliteten rensar dem, så om det händer 10 miljoner år efter solsystemets början rensar du planetesimalerna omedelbart, medan om du gör det efter 60 miljoner år har du mer tid att föra material till jorden och Mars."
Mer information: Chrysa Avdellidou et al, Datering av solsystemets gigantiska planets orbitala instabilitet med hjälp av enstatitmeteoriter, Science (2024). DOI:10.1126/science.adg8092
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av University of Leicester
