Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một nhóm các nhà nghiên cứu đã trình bày một mô hình mới về nguồn gốc của các vành đai Sao Thổ dựa trên kết quả mô phỏng máy tính. Kết quả mô phỏng cũng được áp dụng cho các vòng của các hành tinh khổng lồ khác và giải thích sự khác biệt về thành phần giữa các vành đai của Sao Thổ và Sao Thiên Vương.
Một nhóm các nhà nghiên cứu đã trình bày một mô hình mới về nguồn gốc của các vành đai Sao Thổ dựa trên kết quả mô phỏng máy tính. Kết quả mô phỏng cũng được áp dụng cho các vòng của các hành tinh khổng lồ khác và giải thích sự khác biệt về thành phần giữa các vành đai của Sao Thổ và Sao Thiên Vương. Những phát hiện được công bố vào ngày 6 tháng 10 trong phiên bản trực tuyến của Icarus.
Tác giả chính của bài báo là HYODO Ryuki (Đại học Kobe, Khoa Khoa học) và đồng tác giả là Giáo sư Sébastien Charnoz (Viện de Physique du Globe / Đại học Paris Diderot), Giáo sư OHTSUKI Keiji (Đại học Kobe, Đại học Khoa học ) và Phó giáo sư dự án GENDA Hidenori (Viện khoa học sự sống trái đất, Viện công nghệ Tokyo).
Các hành tinh khổng lồ trong hệ mặt trời của chúng ta có những vòng rất đa dạng. Các quan sát cho thấy các vành đai của Sao Thổ được tạo thành từ hơn 95% các hạt băng giá, trong khi các vòng của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương tối hơn và có thể có hàm lượng đá cao hơn. Kể từ khi các vành đai Sao Thổ được quan sát lần đầu tiên vào thế kỷ 17, việc điều tra các vành đai đã mở rộng từ kính viễn vọng trên trái đất sang tàu vũ trụ như Voyager và Cassini. Tuy nhiên, nguồn gốc của những chiếc nhẫn vẫn chưa rõ ràng và các cơ chế dẫn đến các hệ thống nhẫn đa dạng vẫn chưa được biết.
Nghiên cứu hiện tại tập trung vào giai đoạn gọi là Ném bom hạng nặng muộn được cho là xảy ra 4 tỷ năm trước trong hệ mặt trời của chúng ta, khi các hành tinh khổng lồ trải qua quá trình di chuyển quỹ đạo. Người ta cho rằng hàng ngàn vật thể có kích thước Sao Diêm Vương (một phần năm kích thước Trái đất) từ vành đai Kuiper tồn tại trong hệ mặt trời bên ngoài ngoài Sao Hải Vương. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã tính toán xác suất để những vật thể lớn này bay đủ gần để các hành tinh khổng lồ bị phá hủy bởi lực thủy triều của chúng trong Vụ đánh bom hạng nặng muộn. Kết quả cho thấy Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương đã trải qua những cuộc chạm trán gần gũi với các thiên thể lớn này nhiều lần.
Tiếp theo, nhóm sử dụng mô phỏng máy tính để điều tra sự phá vỡ các vật thể vành đai Kuiper này bằng lực thủy triều khi chúng đi qua vùng lân cận của các hành tinh khổng lồ. Kết quả của các mô phỏng khác nhau tùy thuộc vào các điều kiện ban đầu, chẳng hạn như vòng quay của các vật thể đi qua và khoảng cách tiếp cận tối thiểu của chúng đến hành tinh. Tuy nhiên, họ phát hiện ra rằng trong nhiều trường hợp, các mảnh vỡ bao gồm 0,1-10% khối lượng ban đầu của các vật thể đi qua đã bị bắt vào quỹ đạo trên khắp hành tinh. Khối lượng kết hợp của những mảnh vỡ bị bắt này được tìm thấy là đủ để giải thích khối lượng của các vành đai hiện tại xung quanh Sao Thổ và Sao Thiên Vương. Nói cách khác, những vòng hành tinh này được hình thành khi các vật thể đủ lớn vượt qua rất gần với người khổng lồ và bị phá hủy.
Các nhà nghiên cứu cũng mô phỏng sự tiến hóa dài hạn của các mảnh vỡ bị bắt bằng siêu máy tính tại Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản. Từ những mô phỏng này, họ phát hiện ra rằng những mảnh vỡ bị bắt với kích thước ban đầu vài km dự kiến sẽ trải qua các vụ va chạm tốc độ cao liên tục và dần dần vỡ tan thành những mảnh nhỏ. Những va chạm như vậy giữa các mảnh vỡ cũng được dự kiến sẽ tuần hoàn quỹ đạo của chúng và dẫn đến sự hình thành các vòng quan sát ngày hôm nay.
Mô hình này cũng có thể giải thích sự khác biệt về thành phần giữa các vành đai Sao Thổ và Sao Thiên Vương. So với Sao Thổ, Sao Thiên Vương (và cả Sao Hải Vương) có mật độ cao hơn (mật độ trung bình của Sao Thiên Vương là 1,27g cm-3 và 1,64g cm-3 đối với Sao Hải Vương, trong khi Sao Thổ là 0,69g cm-3). Điều này có nghĩa là trong trường hợp của Thiên vương tinh (và Hải vương tinh), các vật thể có thể đi qua trong vùng lân cận gần của hành tinh, nơi chúng trải qua các lực thủy triều cực kỳ mạnh. (Sao Thổ có mật độ thấp hơn và tỷ lệ đường kính trên khối lượng lớn, vì vậy nếu các vật thể đi rất gần chúng sẽ va chạm với chính hành tinh này). Kết quả là, nếu các vật thể trong vành đai Kuiper có các cấu trúc xếp lớp như lõi đá với lớp phủ băng giá và đi qua trong vùng lân cận gần Thiên vương tinh hoặc Hải vương tinh, ngoài lớp phủ băng giá, thậm chí lõi đá sẽ bị phá hủy và chiếm giữ, tạo thành các vòng tròn bao gồm thành phần đá. Tuy nhiên, nếu họ đi ngang qua Sao Thổ, chỉ có lớp phủ băng giá sẽ bị phá hủy, tạo thành những vòng băng giá. Điều này giải thích các thành phần vòng khác nhau.
Những phát hiện này minh họa rằng các vòng của các hành tinh khổng lồ là sản phẩm phụ tự nhiên của quá trình hình thành các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta. Điều này ngụ ý rằng các hành tinh khổng lồ được phát hiện xung quanh các ngôi sao khác có khả năng có các vòng được hình thành bởi một quá trình tương tự. Phát hiện về một hệ thống vành đai xung quanh một hành tinh ngoại đã được báo cáo gần đây và những khám phá thêm về các vành đai và vệ tinh xung quanh các ngoại hành tinh sẽ thúc đẩy sự hiểu biết của chúng ta về nguồn gốc của chúng.
Ghi chú
(1) Ném bom hạng nặng muộn: thời kỳ mất ổn định quỹ đạo xảy ra trong hệ mặt trời của chúng ta khoảng 4 tỷ năm trước. Người ta cho rằng trong thời kỳ này có nhiều cơ thể nhỏ cuối cùng không trở thành các hành tinh tồn tại trên quỹ đạo ngoài Sao Hải Vương. Do tương tác hấp dẫn với các hành tinh khổng lồ, quỹ đạo của các vật thể nhỏ này trở nên không ổn định, và nhiều trong số chúng đi vào hệ mặt trời và va chạm với các hành tinh đã hình thành. Người ta cho rằng hầu hết các miệng hố trên bề mặt mặt trăng được hình thành trong thời kỳ này.
(2) Vật thể vành đai Kuiper: Một số lượng lớn các vật thể nhỏ làm từ băng và đá tồn tại ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Kobe . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :