Welcher Planet kam zuerst in unser Sonnensystem?

Die Planeten sind (wahrscheinlich) durch die Anhäufung von Planetesimalen entstanden , und sie haben sich alle ungefähr im gleichen Zeitraum gebildet. Innere Protoplaneten hatten Zugang zu mehr Materie, also konnten sie diese Materie wahrscheinlich schneller ansammeln. Andererseits ist ein Großteil der Materie im Sonnensystem flüchtig, sodass es wahrscheinlicher ist, dass sie in den kälteren Teilen der protoplanetaren Scheibe kondensiert.

Außerdem begünstigt die Schwerkraft einen "gierigen" Formationsmechanismus. Ein massereicherer Protoplanet neigt aufgrund seiner stärkeren Schwerkraft dazu, Materie schneller anzusammeln als ein kleinerer Protoplanet in der gleichen Region.

Die meiste Materie im Sonnensystem außerhalb der Sonne befindet sich in Jupiter, daher ist es vernünftig anzunehmen, dass Jupiter ein früher Gewinner im Wettbewerb um das Sammeln von Materie war. Es gibt gute Gründe zu glauben, dass Jupiter tatsächlich näher an der Proto-Sonne entstanden ist, noch näher gewandert ist und dann nach außen gewandert ist, als er einen großen Teil seiner Masse angesammelt hatte.

Aus Wikipedia ,

Die Grand-Tack-Hypothese schlägt vor, dass Jupiter bei 3,5 AE entstand, dann nach innen zu 1,5 AE wanderte, bevor er seinen Kurs umkehrte, weil er Saturn in einer Umlaufbahnresonanz einfing, und schließlich in der Nähe seiner aktuellen Umlaufbahn bei 5,2 AE anhielt.

Es ist schwer, die Einzelheiten der Entstehung unseres Planetensystems zu kennen. Glücklicherweise haben wir jetzt viele Daten über andere Planetensysteme, einschließlich einiger junger Systeme, die sich noch in den frühen Stadien der Entstehung befinden, und diese Daten helfen uns, unsere allgemeinen Theorien über die Entstehung von Planetensystemen sowie Theorien über die Entstehung von zu verfeinern unser System. Viele dieser Daten sind jedoch ziemlich grob und voreingenommen, weil es viel einfacher ist, große Exoplaneten in der Nähe ihres Sterns zu erkennen als kleine entfernte.

Wir können Computer verwenden, um Theorien über die Entstehung des Sonnensystems zu testen. Sie erstellen ein mathematisches Modell mit einer Reihe von Planetesimalen, Staub und Gas, die die Proto-Sonne umkreisen, und zerkleinern dann die Zahlen, um zu sehen, ob sich daraus etwas entwickelt, das dem echten Sonnensystem ähnelt. Wenn dies der Fall ist, könnte Ihr Modell korrekt sein. Wenn dies nicht der Fall ist, passen Sie die Parameter an und versuchen Sie es erneut. Dieser Prozess verbraucht viel Rechenleistung, da Sie genaue Gravitationsberechnungen mit Hunderten und Tausenden von Objekten durchführen müssen. Die Leute, die diese Forschung durchführen, lassen ihre Modelle im Allgemeinen viele Male laufen, suchen nach soliden Trends und helfen ihnen dabei, Effekte auszusortieren, die auf Fehler zurückzuführen sind, die durch die Modellberechnungen verursacht wurden.

Diese Studien haben ergeben, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass viele Planetesimale in das äußere Sonnensystem oder sogar aus der Gravitationsquelle des Sonnensystems in den interstellaren Raum geschleudert wurden. Und natürlich wurde viel in die Sonne geworfen.

Eine aktuelle Theorie der späten Systembildung ist als das Nice-Modell bekannt , das ursprünglich 2005 veröffentlicht wurde. Wie in diesem Artikel erwähnt, deuten neuere Forschungsergebnisse jedoch darauf hin, dass das Nice-Modell einige Anpassungen benötigt.

Eine Studie aus dem Jahr 2011 behauptet, dass es eine hohe Wahrscheinlichkeit gibt, dass unser System ursprünglich 5 Riesen hatte, aber einer von ihnen aus dem System geworfen wurde.

Der fünfte Riesenplanet des jungen Sonnensystems? , von David Nesvorny.

Abstrakt

Jüngste Studien zur Entstehung des Sonnensystems deuten darauf hin, dass sich die Riesenplaneten des Sonnensystems gebildet haben und in der protoplanetaren Scheibe wanderten, um Resonanzbahnen mit allen Planeten innerhalb von 15 AE von der Sonne zu erreichen. Nach der Ausbreitung der Gasscheibe wurden Uranus und Neptun wahrscheinlich von Gasriesen zerstreut und näherten sich ihren aktuellen Umlaufbahnen, während sie die transplanetare Scheibe von Planetesimalen zerstreuten, deren Überreste bis heute in der als Kuipergürtel bekannten Region überlebten.

Hier haben wir N-Körper-Integrationen der Streuphase zwischen Riesenplaneten durchgeführt, um zu versuchen, zu bestimmen, welche Anfangszustände plausibel sind. Wir haben festgestellt, dass die dynamischen Simulationen, die mit einem resonanten System aus vier Riesenplaneten beginnen, eine geringe Erfolgsrate bei der Anpassung an die gegenwärtigen Umlaufbahnen von Riesenplaneten und verschiedene andere Einschränkungen (z. B. Überleben der terrestrischen Planeten) haben. Die dynamische Entwicklung ist typischerweise zu heftig, wenn Jupiter und Saturn in der 3:2-Resonanz beginnen, und führt zu endgültigen Systemen mit weniger als vier Planeten.

Mehrere Anfangszustände zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine relativ große Erfolgswahrscheinlichkeit bei der Anpassung an die Einschränkungen aufweisen. Einige der statistisch besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn angenommen wurde, dass das Sonnensystem ursprünglich fünf riesige Planeten hatte und ein Eisriese, dessen Masse mit der von Uranus und Neptun vergleichbar war, von Jupiter in den interstellaren Raum geschleudert wurde. Diese Möglichkeit erscheint angesichts der jüngsten Entdeckung einer großen Anzahl frei schwebender Planeten im interstellaren Raum denkbar, was darauf hindeutet, dass Planetenauswürfe häufig vorkommen sollten.

Es kommt darauf an, was Sie unter "Form" verstehen. Die Entstehung der Planeten begann alle mehr oder weniger zur gleichen Zeit in den ersten paar hunderttausend Jahren, nachdem sich die protosolare Wolke zusammengezogen hatte. Aber sie beendeten ihren Bildungsprozess zu unterschiedlichen Zeiten.

Feststoffe und Planetesimale begannen innerhalb weniger hunderttausend Jahre zu kondensieren, und die ersten Körper in Planetengröße (sagen wir Mondgröße und darüber) bildeten sich wahrscheinlich innerhalb von 1-3 Millionen Jahren in den meisten Teilen des protosolaren Systems. Im inneren Sonnensystem, wo die Dichte der Feststoffe höher war, ist es möglich, dass sich die Zeitskalen für die Ansammlung dieser festen protoplanetaren Körper verlängern würden, wenn sie sich nach außen in Regionen mit geringerer Dichte bewegen. Spitzer & Kleine (2021) zeigen jedoch unter Verwendung verschiedener radiometrischer Datierungstechniken, dass alte Meteoritenkörper, deren Isotopenzusammensetzung darauf hindeutet, dass sie sich in unterschiedlichen Radien in der protoplanetaren Scheibe gebildet haben, ihre Bildung dennoch innerhalb von etwa einer Million Jahren voneinander begannen .

Diese Protoplaneten und Planetesimale sind nicht die voll ausgebildeten Planeten, die wir heute sehen. Das innere Sonnensystem hat wahrscheinlich 10 bis 100 Millionen Jahre lang Unruhen und Kollisionen überstanden, bevor es sich in der 4-Planeten-Anordnung niedergelassen hat, die wir jetzt sehen. Unser eigener Mond ist ein Beweis für eine dieser titanischen Kollisionen.

Aktuelle Modelle für die Entstehung von Jupiter deuten darauf hin, dass er sich in etwa 5-10 Millionen Jahren vollständig gebildet hat, da die Akkretion seiner Gashülle auf einem felsigen/eisigen Kern (sobald er sich angesammelt hat) sehr schnell verlaufen wäre. Ich denke, es ist fair zu sagen „Jupiter hat sich zuerst gebildet“ im Sinne des frühesten Erreichens seines endgültigen Zustands (eine Ansicht, die von Kruijer et al. 2017 auf der Grundlage von meteoritischen Datierungen sowie den Ergebnissen hydrodynamischer Modelle geteilt wird). Saturn wäre etwas langsamer gewesen, weil sich sein Kern später gebildet hätte als der von Jupiter und die Gasdichte weiter draußen geringer wäre.

Die Eisriesen könnten auch nach etwa 10-20 Millionen Jahren vollständig ausgebildet worden sein, aber in dem Sinne, dass ihr langsameres Wachstum möglicherweise durch die Ausbreitung der protoplanetaren Gasscheibe zu dieser Zeit abgeschnitten wurde. Tatsächlich ist es unwahrscheinlich, dass Uranus und Neptun dort entstanden sind, wo sie gefunden wurden, da die Wachstumsrate vor der Entfernung der Scheibe zu langsam gewesen wäre.

Es ist fair zu sagen, dass viele Details dieses Bildes noch ausgearbeitet werden. Eine große Unsicherheit besteht meines Erachtens darin, wie lange die protoplanetare Scheibe überlebt hat und ob und mit welcher Geschwindigkeit sie sich von innen nach außen klärte. Diese Zeitskala ist im Wesentlichen die Zeitskala für die Bildung der Riesenplaneten (obwohl Jupiter möglicherweise groß genug war, um im Wesentlichen das gesamte Gas zu akkretieren, das er vor der Ausbreitung der Scheibe aufnehmen konnte). Es ertönt auch der Startschuss für die Zeit chaotischer Umordnungen und Kollisionen im inneren Sonnensystem, denn vor der Entfernung des Gases hätte der Luftwiderstand die Planetesimale in wohlerzogenen Umlaufbahnen gehalten.

Als Ergänzung zu den anderen bereits geposteten guten Antworten möchte ich ein Bild der Scheibe posten, die den Stern HL Tauri umgibt, das 2014 mit ALMA, dem Atacama Large Millimeter Array in Chile, erstellt wurde.

Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

In der Pressemitteilung sagte Stuartt Corder, stellvertretender ALMA-Direktor:

Diese Merkmale sind mit ziemlicher Sicherheit das Ergebnis junger planetenähnlicher Körper, die sich in der Scheibe bilden. Dies ist überraschend, da von solch jungen Sternen nicht erwartet wird, dass sie große Planetenkörper haben, die in der Lage sind, die Strukturen zu erzeugen, die wir auf diesem Bild sehen.

Obwohl dies sicherlich kein Beweis dafür ist, dass sich alle Planeten in unserem Sonnensystem ungefähr zur gleichen Zeit entwickelt haben, unterstützt dieses Bild sicherlich die früheren Modelle der nahezu gleichzeitigen Planetenbildung aus einer protoplanetaren Scheibe.

Mit der Verbesserung unserer Teleskope verbessert sich auch die Qualität unserer Beobachtungen. Wenn das vorherrschende Modell durch direkte Beobachtung unterstützt wird, gewinnt es an Glaubwürdigkeit in der Gemeinschaft. Ich freue mich sehr auf JWST-Beobachtungen von protoplanetaren Scheiben. Vielleicht werden wir in der Lage sein zu sehen, wie das Material in die Planeten eindringt, oder die Planeten selbst.

Die alte Theorie über die Entstehung der Planeten war, dass sie von einem zufällig vorbeifliegenden Stern aus der Sonne gerissen und zu festen Körpern verdichtet wurden.

Es wurde auch angenommen, dass die Planeten schneller von Lava zu festem Gestein erstarrten, je weiter sie von der Hitze der Sonne entfernt waren. Somit wäre der äußerste Planet der älteste und der innerste Planet der jüngste.

Aber diese Theorie der Planetenentstehung ist seit etwa 70 Jahren überholt.

Die gegenwärtige Theorie besagt, dass sich die Planeten aus einer Scheibe aus Gas und Staub gebildet haben, die bei der Entstehung der Sonne übrig geblieben ist. Staubkörner, die langsam genug aufprallten, klumpten zusammen und bildeten größere Staubbälle. Schließlich wurden kieselgroße Objekte gebildet und felsengroße Objekte und immer größere Objekte. Schließlich gab es unzählige Tausende und Millionen von Plenetesimalen, die sich allmählich zu größeren Massen zusammenballten. Und einige dieser Massen hatten schließlich ausreichend hohe Fluchtgeschwindigkeiten, um Gasmoleküle einzufangen und zu halten.

Und es gibt viele Theorien über diesen Prozess und wie er funktionierte. Einige Theorien könnten also behaupten, dass einige der gegenwärtigen Planeten mit der Bildung begannen und/oder ihre Bildung früher abschlossen als andere Planeten. Aber die Entstehungszeiten aller Planeten hatten wahrscheinlich einen hohen Grad an Überlappung.