천왕성의 기울기는 본질적으로 행성이 태양을 측면에서 선회하며, 회전축은 거의 태양을 가리키고 있습니다.
(이미지 : © NASA와 Erich Karkoschka, 애리조나 주)
행성이 은하계의 별을 둘러싸고 있지만, 행성이 어떻게 형성되는지는 여전히 논쟁의 대상입니다. 우리 태양계의 풍부한 세계에도 불구하고 과학자들은 여전히 행성이 어떻게 만들어 졌는지 확신하지 못합니다. 현재 두 가지 이론이 챔피언의 역할을 위해 그것을 제거하고 있습니다.
첫 번째이자 가장 널리 인정되는 핵심 accretion은 지구 행성의 형성에 잘 작동하지만 천왕성과 같은 거대한 행성에는 문제가 있습니다. 두 번째, 디스크 불안정성 방법은 거대한 행성의 생성을 설명 할 수 있습니다.
Renata Frelikh와 Ruth Murray-Clay 연구원은“얼음 거인과 가스 거인이 분리 된 것은 형성 거점이다. 핵심 성장 동안 전자는 완전한 가스 디스크에서 [임계 질량]을 절대 초과하지 않았다.
핵심 accretion 모델
약 46 억 년 전에 태양계는 태양 성운으로 알려진 먼지와 가스 구름이었습니다. 중력은 회전하기 시작하면서 성운의 중앙에 태양을 형성하면서 재료 자체를 무너 뜨 렸습니다.
태양이 떠오르면서 남은 재료가 서로 뭉치기 시작했습니다. 작은 입자는 중력의 힘으로 묶여 더 큰 입자로 모였습니다. 태양풍은 더 가까운 지역에서 수소와 헬륨과 같은 더 가벼운 원소를 쓸어 버렸고, 지구상의 세계를 만들기 위해 무겁고 바위 같은 물질 만 남았습니다. 그러나 멀어 질수록 태양풍은 더 가벼운 요소에 미치는 영향이 적어 천왕성과 같은 가스 거인으로 합쳐질 수있었습니다. 이런 식으로 소행성, 혜성, 행성 및 달이 만들어졌습니다.
대부분의 가스 거인과는 달리, 천왕성에는 가스가 아니라 바위 같은 핵심이 있습니다. 핵이 먼저 형성되어 행성의 대기를 구성하는 수소, 헬륨 및 메탄을 모았습니다. 코어에서 발생하는 열은 천왕성의 온도와 날씨를 주도하여 거의 20 억 마일 떨어진 먼 태양에서 나오는 열을 압도합니다.
일부 외계 행성 관측은 지배적 형성 과정으로서 핵심적인 accretion을 확인하는 것으로 보인다. 더 많은 "금속"(천문학 자들이 수소와 헬륨 이외의 원소들에 사용하는 용어)이있는 별들은 그들의 코어에 금속이 부족한 사촌보다 더 큰 행성을 가지고 있습니다. NASA에 따르면 코어 어크 레션 (core accretion)에 따르면 작고 가혹한 세계가 더 거대한 가스 거인보다 더 일반적이어야한다고 제안했다.
태양과 같은 별 HD 149026을 공전하는 거대한 핵을 가진 거대한 행성의 2005 년 발견은 핵심 행성의 사례를 강화하는 데 도움이되는 외계 행성의 예입니다.
"이것은 행성 형성에 대한 핵심 accretion 이론을 확인하고 이러한 종류의 행성이 풍부하게 존재해야한다는 증거"라고 Greg Henry는 보도 자료에서 말했다. 내슈빌에있는 테네시 주립 대학의 천문학자인 헨리는 별이 어두워지는 것을 감지했습니다.
2017 년 유럽 우주국은 슈퍼-아파트에서 넵튠에 이르기까지 다양한 크기의 외계 행성을 연구 할 수있는 특징적인 OP 스 위성 (CHEOPS)을 출시 할 계획이다. 이 먼 세계를 연구하면 태양계의 행성이 어떻게 형성되었는지 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.
CHEOPS 팀은“핵심 축적 시나리오에서 행성의 핵심은 가스를 런 어웨이 방식으로 축적하기 전에 임계 질량에 도달해야한다”고 말했다. "이 임계 질량은 많은 물리적 변수에 의존하며, 그 중 가장 중요한 것은 행성 분해의 비율입니다."
CHEOPS는 성장하는 행성이 어떻게 물질을 키우는지를 연구함으로써 세계가 어떻게 성장하는지에 대한 통찰력을 제공 할 것입니다.
디스크 불안정성 모델
그러나 거대 가스 행성에 대한 빠른 형성의 필요성은 핵심적인 accretion의 문제 중 하나입니다. 모델에 따르면, 초기 태양계에서 이용할 수있는 가벼운 가스보다 시간이 오래 걸린다. 동시에, 핵심 행성 모델은 아기 행성이 짧은 시간 안에 태양으로 나올 수 있기 때문에 이주 문제에 직면 해 있습니다.
콜로라도의 볼더에있는 사우스 웨스트 연구소 (Southwest Research Institute)의 연구원 인 케빈 월쉬 (Kevin Walsh)는 Space.com에 말했다. "태양 주위의 가스 디스크는 4 년에서 5 백만 년 동안 지속되기 때문에 시간 제한을 만듭니다."
비교적 새로운 이론에 따르면, 디스크 불안정성, 먼지 및 가스 덩어리는 태양계의 수명 초기에 함께 결합됩니다. 시간이 지남에 따라 이러한 덩어리는 천천히 거대한 행성으로 압축됩니다. 이 행성들은 핵 축적 라이벌보다 빨리, 때로는 천 년만에 빠르게 사라져서 빠르게 사라지는 가벼운 가스를 포획 할 수 있습니다. 그들은 또한 궤도 안정화 덩어리에 빠르게 도달하여 태양으로의 죽음을 막아줍니다.
과학자들이 태양계 내부와 다른 별 주위의 행성을 계속 연구함에 따라 천왕성과 그 형제가 어떻게 형성되었는지 더 잘 이해할 것입니다.
조약돌 accretion
핵심 축적의 가장 큰 과제는 시간입니다. 대기의 더 가벼운 구성 요소를 잡을 수있을 정도로 빠른 가스 거인을 빠르게 구축하는 것입니다. 작고 자갈 크기의 물체가 어떻게 융합되어 초기 연구보다 최대 1000 배 빠른 거대한 행성을 만드는지에 대한 최근 연구.
"이것은 우리가 여러분이 알고있는 첫 번째 모델입니다. 행성이 형성되는 태양 성운의 아주 간단한 구조로 시작하여 우리가 보는 거대한 행성 시스템으로 끝납니다."연구 책임자 인 Harold Levison 콜로라도 사우스 웨스트 연구소 (SwRI)에서 2015 년 스페이스 닷컴에 말했다.
2012 년 스웨덴 룬드 대학교 (Lund University)의 Michiel Lambrechts와 Anders Johansen 연구진은 작은 자갈이 일단 작성되면 거대한 행성을 신속하게 구축하는 열쇠를 가지고 있다고 제안했다.
레비 슨은“이전에는 중요하지 않은 것으로 생각되었던이 형성 과정에서 남은 자갈이 실제로는 행성 형성 문제에 대한 거대한 해결책이 될 수 있음을 보여 주었다”고 말했다.
Levison과 그의 팀은이 연구를 통해 작은 자갈이 오늘날 은하계에서 보이는 행성을 어떻게 형성 할 수 있는지 더 정확하게 모델링했습니다. 이전 시뮬레이션, 대형 및 중형 물체 모두 비교적 일정한 속도로 조약돌 크기의 사촌을 소비했지만 Levison의 시뮬레이션은 더 큰 물체가 괴롭힘처럼 작용하여 중형 덩어리에서 자갈을 빼앗아 훨씬 더 빠르게 자라는 것을 제안합니다 율.
SwRI의 공동 저자 인 캐서린 크레 케 (Katherine Kretke)는 공동 연구자 인 캐서린 크레 케 (Katherine Kretke)는“더 큰 물체는 작은 물체가 흩어져있는 것보다 더 작은 물체를 흩어 놓는 경향이있다”고 말했다. . "더 큰 사람은 기본적으로 더 작은 사람을 괴롭힘으로써 모든 자갈을 스스로 먹을 수 있으며, 자라서 거대한 행성의 핵심을 형성 할 수 있습니다."
조약돌은 지상 세계보다 거대한 행성에서 더 잘 작동합니다. 프랑스 보르도 대학의 션 레이몬드 (San Raymond)에 따르면, "조약돌"은 가스가 얼음이되기에 충분히 차가운 가상 선인 스노우 라인을 지나서 붙잡기가 조금 더 크고 훨씬 쉽다.
Raymond는“조약돌의 경우 스노우 라인을 지나가는 것이 조금 더 낫다”고 Space.com에 말했다.
자갈 거인은 가스 거인에게 잘 작동하지만 얼음 거인에게는 몇 가지 과제가 있습니다. 밀리미터에서 센티미터 크기의 입자가 매우 효율적으로 가속되기 때문입니다.
Frelikh와 Murray-Clay는“그들은 너무 빨리 가속하여 얼음 엔비디아 코어가 가스 수명을 크게 늘리면서도 디스크 수명의 상당 부분 동안 현재 코어 질량에 거의 존재하기 어렵다”고 말했다.
"이탈을 피하려면 가스 디스크가 부분적으로는 아니지만 완전히 소모되지 않는 특정 시간에 성장을 완료해야합니다."
두 사람은 천왕성과 해왕성의 핵에 대한 가스의 대부분이 태양으로부터 멀어지는 움직임과 일치한다고 제안했다. 그러나 그들이 태양계에서 그들의 집을 어떻게 바꿀 수 있습니까?
멋진 모델
원래 과학자들은 행성이 오늘날 살고있는 태양계와 같은 부분에서 형성되었다고 생각했습니다. 외계 행성의 발견은 사물을 뒤 흔들어 가장 거대한 물체 중 적어도 일부가 이주 할 수 있음을 드러 냈습니다.
2005 년 Nature 지에 발표 된 3 종의 논문은 천왕성과 다른 거대한 행성들이 오늘날보다 훨씬 더 작은 원형 궤도에 묶여 있다고 제안했다. 해왕성의 현재 궤도 너머로 지구-태양 거리의 약 35 배까지 뻗어있는 큰 바위와 얼음 디스크가 그것들을 둘러싸고있었습니다. 그들은 프랑스의 도시를 처음 논의한 후에 니스 모델이라고 불렀습니다. (그것은 Neese 발음입니다.)
행성들이 더 작은 몸과 상호 작용할 때, 그것들은 대부분 태양을 향해 흩어졌습니다. 이 과정에서 물체와 에너지를 교환하여 토성, 해왕성 및 천왕성을 태양계로 더 멀리 보냅니다. 결국 작은 물체가 목성에 도달하여 태양계의 가장자리로 날아가거나 완전히 빠져 나갔습니다.
목성과 토성 사이의 움직임은 천왕성과 해왕성을 훨씬 더 편심 한 궤도로 이끌었고 나머지 얼음 디스크를 통해 쌍을 보냈습니다. 일부 재료는 안쪽으로 튀어 나와 늦게 무거운 폭격 중에 지상 행성에 충돌했습니다. 다른 재료는 바깥쪽으로 던져서 Kuiper Belt를 만들었습니다.
그들이 천천히 바깥쪽으로 움직일 때, 넵튠과 천왕성은 장소를 교환했습니다. 결국, 잔해물과의 상호 작용으로 인해 태양으로부터 현재 거리에 도달 할 때 더 많은 원형 경로에 정착하게되었습니다.
그 과정에서 하나 또는 두 개의 다른 거대한 행성이 시스템에서 추방되었을 수 있습니다. 콜로라도 남서부 연구소의 천문학 자 데이비드 네즈 보니 (David Nesvorny)는 초기 역사를 이해하게 할 수있는 단서를 찾기 위해 초기 태양계를 모델링했다.
"초창기에는 태양계가 매우 달랐으며, 아마도 해왕성과 같이 더 많은 행성들이 형성되어 다른 곳으로 흩어져있을 것"이라고 Space.com에 말했다.
위험한 청소년
초기 태양계는 격렬한 충돌의시기였으며 천왕성은 면제되지 않았다. 달 표면과 수은 모두 작은 바위와 소행성에 의한 폭격의 증거를 보여 주지만, 천왕성은 지구 크기의 원형 행성과 큰 충돌을 겪었다. 결과적으로 천왕성은 옆으로 기울어 져 있으며 한 극은 반 년 동안 태양을 향합니다.
천왕성은 아마도 얼음 덩어리 중 가장 크며, 아마도 충돌하는 동안 질량의 일부를 잃었 기 때문일 것입니다.
