Ilmuwan terus mempelajari tata surya, dan tampilannya sangat menarik. Misalnya, orbit planet modern menyimpan petunjuk yang mengungkapkan kondisi keras asal usul tata surya - dan, mungkin, keberadaan raksasa antarbintang yang tersesat sejak lama. Tata surya kita seperti TKP yang terjadi 4,6 miliar tahun yang lalu.
Orbit modern menyimpan petunjuk yang mengungkapkan kondisi keras asal mula tata surya - dan kemungkinan keberadaan raksasa antarbintang yang tersesat sejak lama.
Tata surya kita seperti TKP yang terjadi 4,6 miliar tahun yang lalu.
Permukaan yang dipenuhi kawah, orbit planet yang terlantar, dan awan puing antarplanet adalah analog kosmik dari percikan darah di dinding dan bekas selip mobil yang meninggalkan pengejaran. Ini dan petunjuk lainnya menceritakan asal muasal yang kacau dari keluarga planet kita.
Tersembunyi di antara jejak kaki ini adalah petunjuk tentang saudara kandung yang hilang, planet 9 (bukan, bukan Pluto), yang terlempar dalam tarik-menarik gravitasi yang menyertai pembentukan asli tata surya.
Saat ini, empat planet besar mendominasi pinggiran tata surya: Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Di belakang mereka adalah Sabuk Kuiper - bidang pecahan es, di antaranya ditemukan Pluto.
“Jangan berpikir bahwa pinggiran tata surya selalu sama seperti sekarang,” kata David Nesvorny, ilmuwan planet di Southwest Research Institute di Boulder, Colorado, yang pertama kali berbicara tentang keberadaan planet buronan pada tahun 2011. tahun.
Nesvorni adalah anggota sekelompok ilmuwan yang mencoba mencari tahu bagaimana tata surya berevolusi dalam beberapa ratus juta tahun pertama keberadaannya. Dengan menggunakan model komputer yang canggih, para peneliti menyusun kronologi tabrakan antara planet baru lahir yang muncul relatif dekat satu sama lain - mereka secara bergantian meluncur dan melompat dari satu orbit ke orbit lainnya. Model-model ini telah mengungkapkan banyak detail kecil tentang bagaimana planet, asteroid, dan komet berputar mengelilingi matahari saat ini.
Video promosi:
Hanya ada satu masalah. Biasanya, skenario simulasi berakhir dengan Uranus atau Neptunus diusir dari tata surya, seperti yang ditulis Nesvorny pada bulan September dalam Annual Review of Astronomy and Astrophysics.
Karena pada kenyataannya Uranus dan Neptunus tetap di tempat mereka - pesawat ruang angkasa telah mengunjungi keduanya - sesuatu dalam skenario ini tidak berhasil. Namun, seperti yang diduga banyak peneliti, pemain kunci dalam misteri ini dan mata rantai yang hilang dalam sejarah tata surya mungkin adalah planet raksasa kelima.
Planet yang hilang
Para astronom mengandalkan model komputer untuk menciptakan kembali pemandangan kuno ini, menciptakan ribuan tata surya berbeda dengan ribuan cara berbeda. Mereka menerjemahkan hukum fisika dan posisi awal planet apa pun yang dapat mereka pikirkan ke dalam kode program. Peneliti menetapkan parameter - satu planet di sini, sekumpulan asteroid di sana - dan kemudian bersandar di kursinya dan membiarkan lingkungan simulasi melakukan semua pekerjaan untuknya. Setelah beberapa minggu dalam waktu nyata - jutaan tahun dalam model - astronom memeriksa hasilnya untuk melihat apa yang terjadi pada tata surya. Semakin dekat dengan kenyataan, semakin sukses modelnya.
Inilah yang dilakukan Nesvorni pada tahun 2009. Dia mempelajari sistem tata surya virtual dalam upaya menyelamatkan Uranus virtual dan Neptunus virtual dari jalur virtual mereka di luar angkasa.
Masalahnya adalah Jupiter, planet hooligan raksasa yang gravitasinya dapat mencapai cukup jauh untuk didorong oleh planet yang lebih kecil dan berbagai puing. Dalam simulasi paling sukses hingga saat ini, Jupiter dan salah satu dari dua planet terluar saling memantul dan akhirnya menetap di orbitnya saat ini. Tapi ini hanya terjadi pada satu persen dari semua model. Dalam 99% kasus yang tersisa, Yupiter melemparkan Uranus atau Neptunus begitu keras sehingga mereka meninggalkan tata surya dan tidak pernah kembali ke sana.
“Ini membuat situasinya menjadi sangat misterius, karena kami tahu bahwa Uranus dan Neptunus terus ada dalam bentuknya yang sekarang,” kata Nesvorni. Jadi dia terus bereksperimen. Setelah setahun mensimulasikan berbagai skenario yang tak terhitung jumlahnya, dia mulai berpikir untuk menambahkan planet martir - planet tambahan dikorbankan untuk menyelamatkan sisanya.
“Saya hanya mensimulasikan keberadaan mereka untuk melihat apa yang terjadi, dan bukan karena saya serius dengan gagasan itu sendiri,” kata Nesvorni. "Tapi kemudian saya menyadari bahwa mungkin ada biji-bijian yang masuk akal di dalamnya." Dia menjalankan sekitar 10.000 skenario, mengubah jumlah planet tambahan, lokasi aslinya, dan massa masing-masing.
Pilihan terbaik, yang paling akurat memprediksi keadaan tata surya kita saat ini, ternyata adalah di mana planet tambahan berada di antara orbit asli Saturnus dan Uranus. Dalam hal massa, planet ini kira-kira sama dengan Uranus dan Neptunus, dan hampir 16 kali lebih besar dari Bumi. Ini adalah planet yang bisa bertabrakan dengan orbit Jupiter dan terbang keluar dari tata surya.
Grafik tersebut menunjukkan bagaimana jarak antara planet dan matahari berubah dari waktu ke waktu. Beberapa juta tahun pertama dalam model komputer, orbit berubah perlahan, kemudian terjadi kontak dekat antara Saturnus (hijau) dan planet tambahan (ungu), yang menyebabkan destabilisasi orbit. Garis putus-putus menunjukkan ukuran orbit saat ini. (Sumber: diambil dari bahan D. Nesvorny / seksi astronomi dan astrofisika majalah Knowable, 2018.)
Peluangnya masih tipis. Dalam model berikutnya, penyelarasan ini berakhir dengan sukses dalam waktu sekitar lima persen. “Keberadaan tata surya dalam bentuknya saat ini tidak khas atau dapat diprediksi,” kata Nesvorny pada tahun 2012 dalam makalah yang ditulis bersama rekannya Alessandro Morbidelli dari French Riviera Observatory. Meskipun demikian, model tersebut merupakan peningkatan yang signifikan atas tingkat keberhasilan 1% dari model yang hanya mencakup empat planet raksasa yang kita kenal dan cintai saat ini.
“Dengan asumsi planet kelima membuatnya lebih mudah untuk menjelaskan apa yang terjadi,” kata Sean Raymond, ilmuwan planet di Universitas Bordeaux di Prancis. Dan meskipun buktinya sebagian besar bersifat tidak langsung, "jauh lebih logis untuk mengasumsikan bahwa pada waktu itu juga ada planet kelima."
Ini mungkin tampak seperti asumsi yang sangat kontroversial. Bagaimana para astronom dapat mengetahui sesuatu tentang apa yang terjadi empat miliar tahun yang lalu, bahkan dengan planet-planet yang dapat kita amati sekarang, apalagi yang tidak kita ketahui? Namun, ternyata planet-planet tersebut telah meninggalkan banyak bekas luka pertempuran para pemuda sebagai bukti detektif masa depan.
Percikan Darah Antar Planet
“Kami sangat yakin bahwa planet tidak berasal dari tempat mereka saat ini,” kata Nathan Keib, ilmuwan planet di Universitas Oklahoma di Norman.
Namun, realisasi ini terjadi baru-baru ini. Dalam sebagian besar sejarah, ahli astrologi yakin bahwa planet-planet selalu berada pada orbitnya saat ini. Tetapi pada awal 1990-an, para peneliti menyadari bahwa ada sesuatu yang hilang dari model semacam itu.
Neptunus dan Triton.
Tepat di luar orbit Neptunus terletak sabuk Kuiper, pecahan puing-puing es yang mengelilingi matahari. “Ini adalah percikan darah kami di dinding,” kata Konstantin Batygin, seorang ilmuwan planet di Institut Teknologi California.
Lokasi objek sabuk Kuiper mengarahkan para peneliti pada kesimpulan yang tak terhindarkan: Neptunus seharusnya terbentuk lebih dekat ke Matahari daripada yang disarankan lokasinya saat ini. Banyak objek Sabuk Kuiper berkumpul bersama dalam orbit konsentris yang secara samar-samar menyerupai alur pada rekaman musik. Orbit ini hampir tidak acak - mereka terkait langsung dengan Neptunus.
Misalnya, Pluto adalah penghuni sabuk Kuiper yang paling terkenal. Dia dan beberapa ratus rekan pengelana yang kita kenal membuat persis dua putaran mengelilingi Matahari dalam tiga putaran yang dilakukan Neptunus pada periode yang sama. Aliran puing lainnya di sabuk membuat satu revolusi lengkap untuk setiap dua yang diselesaikan Neptunus - atau lebih tepatnya, empat untuk setiap tujuh.
Sabuk Kuiper tidak dapat dibuat dengan cara ini tanpa pengaruh eksternal. Namun, jika kita berasumsi bahwa Neptunus muncul lebih dekat ke Matahari dan kemudian bergerak ke luar, gaya gravitasinya akan cukup kuat untuk menangkap puing-puing antarplanet di jaringnya dan mengirimkannya ke orbit yang tidak biasa ini.
Model ini menunjukkan bagaimana susunan tertutup planet-planet luar (gambar di sebelah kiri) dapat berubah seiring waktu. Orbit Jupiter dan Saturnus bertemu (gambar tengah), yang menyebabkan perubahan pada semua orbit lainnya. Khususnya dalam model ini, Uranus dan Neptunus saling bertukar. Beberapa waktu kemudian, (gambar di sebelah kanan) puing-puing ruang angkasa tersebar - sebagian mengendap di sabuk Kuiper, sementara planet-planet mulai bergerak menuju orbitnya saat ini. (Sumber: diadaptasi dari Astromark / Wikimedia Commons.)
Ini bertepatan dengan prediksi beberapa model yang diperoleh satu dekade sebelumnya.
Pembentukan planet meninggalkan kekacauan puing-puing yang tersebar di seluruh tata surya. Setiap fragmen yang terlalu dekat dengan Neptunus pasti akan jatuh di bawah pengaruh gravitasinya. Karena setiap aksi diikuti oleh kekuatan oposisi yang sama, setiap kali Neptunus mendorong pecahannya, dia sendiri bergerak ke arah yang berlawanan. Perlahan tapi pasti, Neptunus menjauh dari matahari.
Proses migrasi Neptunus juga berlaku untuk planet raksasa lainnya. Bagaimanapun, Yupiter, Saturnus, dan Uranus berhasil melewati bidang puing yang sama dan mengalami interaksi gravitasi yang serupa. Dan jika Neptunus pindah ke tempat baru, hal yang sama akan terjadi dengan semua planet raksasa lainnya.
Dan proses ini jelas tidak mulus.
Tabrakan yang tak henti-hentinya dengan semua puing ini seharusnya mengubah orbit planet-planet raksasa menjadi lingkaran yang ramping dan sempurna - seperti tanah liat di roda tembikar yang dihaluskan oleh tangan kuat seorang pembuat tembikar. Namun, orbitnya ternyata sangat berbeda. Sebaliknya, planet raksasa bergerak dalam orbit yang sedikit memanjang dan terdistorsi. Seolah-olah seseorang menabrak roda, membentuk kembali pot yang dulu bulat.
Jupiter Leaping
Pada 2005, para peneliti telah mengidentifikasi pelakunya. Model baru menunjukkan bahwa pada titik tertentu planet raksasa mengalami apa yang oleh para ilmuwan disebut "ketidakstabilan dinamis." Dengan kata lain, selama sekitar satu juta tahun, semuanya berubah menjadi angin puyuh yang gila. Alasan yang paling mungkin untuk ini tampaknya adalah serangkaian tabrakan antara Saturnus dan Uranus, atau Neptunus - yaitu, salah satu raksasa es - yang mengirim salah satu dari mereka langsung ke Jupiter. Segera setelah planet yang hilang mendekat, gravitasinya menarik Jupiter, memperlambatnya dan mendorongnya ke orbit yang lebih sempit. Namun, Jupiter menarik planet penyerang dengan kekuatan yang tidak kalah. Raksasa es, yang jauh lebih ringan, melaju lebih cepat daripada kecepatan Jupiter yang melambat dan menjauh dari matahari.
Kejadian seperti itu akan menjadi pogrom gravitasi bagi tata surya. Jupiter melompat lebih dalam ke dalam, sementara planet luar lainnya melompat keluar. Dorongan seperti itu akan membengkokkan orbit planet-planet raksasa ke kondisi mereka saat ini. Selain itu, ini akan menyelamatkan tata surya bagian dalam - Merkurius, Venus, Bumi, Mars, dan sabuk asteroid - dari gravitasi Jupiter dan Saturnus, yang merupakan masalah lain dalam model paling awal.
Yang membawa kita pada penghapusan Uranus atau Neptunus dari sistem. Pada tahap simulasi inilah Jupiter paling sering membuang salah satu raksasa es.
Ini adalah masalah yang Nesvorny coba selesaikan tanpa merusak semua yang lain dalam simulasi yang berhasil. Raksasa es ekstra menerima beban pukulan dari Jupiter, memberikan sisa skenario kemampuan untuk terungkap tanpa hambatan.
“Ini cukup masuk akal,” kata Batygin. "Sama sekali bukan fakta bahwa selalu ada dua raksasa es, bukan tiga." Sebaliknya, katanya, beberapa perhitungan memungkinkan keberadaan asli hingga lima planet mirip Neptunus.
Batygin dan rekan-rekannya menyelidiki masalah ini secara paralel dengan Nesvorni, meskipun untuk alasan yang berbeda. “Saya ingin menunjukkan bahwa tidak mungkin ada planet ekstra raksasa,” kata Nesvorni.
Bintik Merah Besar Jupiter. Foto diambil oleh Voyager 1.
Dia beralasan bahwa dalam perjalanannya keluar dari tata surya, planet yang diduga ini pasti telah meninggalkan jejak di sana-sini di sabuk Kuiper, di daerah yang dikenal sebagai "sabuk klasik dingin". Jika sabuk Kuiper adalah sebuah donat, Batygin melanjutkan, sabuk klasik yang dingin akan menjadi isian cokelatnya - sekelompok objek yang orbitnya secara praktis terletak di bidang yang sama di dalam sabuk Kuiper. Sebuah planet yang lewat seharusnya mengganggu orbit ini - setidaknya, begitulah keyakinan Batygin dan rekan-rekannya.
Model komputer mereka menunjukkan bahwa hal seperti ini tidak pernah terjadi. Yang mengejutkan mereka, planet yang diasingkan tidak akan menghancurkan sabuk klasik dingin saat keluar. Ini tidak membuktikan keberadaan planet - hasil yang diperoleh hanya menunjukkan bahwa tata surya dapat eksis dalam bentuknya saat ini, baik dengan maupun tanpanya. Mungkinkah planet ini meninggalkan jejak yang lebih jelas? Atau, kembali ke analogi TKP, apakah ada jejak penyaradan? Nesvorni berpikir bahwa jejak seperti itu bisa saja tetap ada.
Inti kebenaran
Ada bagian lain dari Sabuk Kuiper - aliran sempit puing-puing es yang disebut inti, yang orbitnya tidak sesuai dengan posisi Neptunus saat ini. Asalnya adalah sebuah misteri. Pada 2015, Nesvorni berargumen bahwa, mungkin, alasan dari segala hal bisa jadi adalah pergerakan Neptunus dari Matahari, yang dipicu oleh planet yang telah berlalu.
Saat Neptunus bergerak ke orbit terakhirnya dan menyapu puing-puing itu ke orbit yang konsisten dengan miliknya, pada titik tertentu Neptunus dapat terbuka sehingga melepaskan cukup banyak puing-puing ini untuk membentuk alirannya sendiri.
Model telah menunjukkan bahwa dampak gravitasi yang sama yang dapat menyebabkan Jupiter melompat dari orbit ke orbit dan mendorong planet ekstra keluar dari tata surya dapat terjadi pada saat yang tepat untuk mendorong Neptunus juga.
“Hasilnya seperti sebuah kernel,” kata Nesvorni. "Ini adalah bukti tidak langsung … ini tidak meyakinkan."
Sebenarnya, kita tidak akan pernah tahu pasti apa yang terjadi di tata surya selama pembentukannya. “Kami tidak dapat menulis Alkitab tentang tata surya,” kata Batygin. "Kami hanya dapat membicarakan peristiwa ini secara sangat umum."
Jika salah satu penghuni tata surya memang diusir dari perbatasannya, dia berteman baik. Dalam beberapa tahun terakhir, para astronom telah menemukan beberapa planet nakal yang melayang di antara bintang-bintang, yang kemungkinan besar juga terlempar dari rumah mereka. Memproyeksikan hasil penemuan ini ke seluruh galaksi, "ada jauh lebih banyak planet yang terbang bebas seukuran Jupiter daripada bintang," kata Nesvorni.
Ini mungkin berlebihan - menurut perkiraan baru-baru ini, hanya ada satu planet mirip Jupiter untuk setiap empat bintang - tetapi masih ada miliaran dunia yang berkeliaran. Dan ini hanya yang ukurannya sebanding dengan Jupiter. Orang buangan kami mungkin lebih kecil - seukuran Neptunus; dan kami tidak tahu berapa banyak benda seperti itu yang berkeliaran di galaksi. Tetapi kita tahu bahwa Semesta cenderung menyukai benda-benda kecil daripada yang besar.
“Saya yakin ada banyak dari mereka,” kata Nesvorni. Antara lain, para astronom telah menemukan ribuan sistem bintang di Bima Sakti, dan banyak di antaranya menunjukkan tanda-tanda tabrakan dalam skala yang jauh lebih besar daripada yang dibahas di atas. "Sungguh menakjubkan," kata Nesvorni, "betapa tertibnya tata surya."
Christopher Crockett
