Tri poznata planeta i jedan zaboravljeni svijet možda su nekoć orbitirali oko mladog Sunca u savršenoj orbitalnoj rezonanciji. Novi računalni modeli sugeriraju da je unutarnji Sunčev sustav započeo kao sinkronizirani mehanizam, sve dok gravitacijski poremećaj divovskih planeta nije sve “razbio”.
Prema studiji koju su proveli istraživači sa sveučilišta Tsinghua u Kini, Venera, Zemlja, Mars i hipotetski davno izgubljeni planet mogli su na samom početku dijeliti precizno usklađenu orbitu oko Sunca. Simulacije pokazuju da su ovi planeti vjerojatno nastali ranije nego što se dosad mislilo, u fazi kada je Sunčev sustav još bio uronjen u gusti protoplanetarni disk ispunjen plinom i prašinom.
Takva konfiguracija poznata je kao orbitalna rezonancija, stanje u kojem planeti kruže u međusobno usklađenim omjerima, poput zupčanika u satu. Primjerice, jedan planet može obići Sunce točno dvaput dok njegov susjed to učini triput. Riječ je o dinamičkom stanju poznatom iz drugih planetarnih sustava, uključujući TRAPPIST-1, gdje sedam planeta kruži oko male zvijezde u gotovo savršenom ritmu.
Rezonancija u ranoj evoluciji sustava
U razvoju planetarnih sustava rezonancija često nastaje dok su planeti još mladi i uronjeni u protoplanetarni disk bogat plinom. Kretanjem kroz taj disk, planeti izmjenjuju kutni moment s okolinom i postupno migriraju prema središnjoj zvijezdi. Ako se njihova putanja dovoljno približi, dolazi do usklađenja orbitalnih razdoblja, čime sustav prelazi u rezonantno stanje.
U današnjem Sunčevom sustavu planeti više nisu u rezonanciji, iako neki omjeri, poput 3,05:1 između Venere i Marsa, upućuju na moguće ostatke tog davnog stanja. Zanimljivo je da su istraživači još 2005. pokazali kako su Jupiter i Saturn nekoć doista kružili u rezonanciji. No ta je dinamika naglo prekinuta prije 4,4 milijarde godina, kada je plin iz diska počeo isparavati. Taj događaj, poznat kao nestabilnost divovskih planeta, doveo je do naglog širenja orbita Saturna, Urana i Neptuna.
Unatoč tome, nitko dosad nije detaljno proučavao je li i skupina stjenovitih planeta, Venera, Zemlja i Mars, u ranoj fazi mogla biti rezonantno povezana.
“Dosad je prevladavala ideja da su se unutarnji planeti formirali kroz niz golemih sudara, što se činilo dovoljnim objašnjenjem njihove sadašnje dinamike,” objasnio je Chris Ormel, izvanredni profesor na Tsinghua sveučilištu i suautor studije, u izjavi za Live Science. Upravo zbog toga znanstvenici nisu ranije ni tražili rezonantnu prošlost među stjenovitim planetima.
No analize izotopa s Marsa iz 2013. godine sugerirale su da su se ovi planeti možda formirali puno ranije, dok je plin još uvijek bio prisutan. To bi značilo da su se mogli razviti upravo u rezonantnim uvjetima, što je otvorilo vrata novim modelima poput ovog.
Simulacije s planetom Tejom i bez Merkura
Kako bi testirali hipotezu, autori su razvili računalne modele mladog Sunčevog sustava. U svakoj simulaciji uključili su četiri stjenovita tijela: Mars, Veneru, ranu Zemlju (prije poznatog sudara koji je stvorio Mjesec) i Teju — hipotetski planet veličine Marsa koji je, prema vodećoj teoriji, udario u Zemlju i time iz njezine kore izbacio materijal koji je stvorio Mjesec.
Merkur je namjerno izostavljen jer se vjeruje da je nastao drugačijim procesima, vjerojatno kasnijim sudarima, i da se nije uklapao u rezonantnu konfiguraciju.
U svim modelima Jupiter i Saturn su postavljeni bliže jedan drugome nego što su danas, dok su stjenoviti planeti rasli postupno, nakupljanjem sitnih čestica ili većih komada mase reda trilijuna tona. U velikom broju simulacija Mars, Teja, Zemlja i Venera brzo su se organizirali u rezonantni niz s omjerima 2:3:4:6, i to unutar milijun godina simuliranog vremena.
Autori su proveli ukupno 13.200 simulacija, prateći kretanja planeta kroz razdoblje od 100 milijuna godina. U desetoj simuliranoj milijunskoj godini odlučili su modelirati trenutak nestabilnosti: Saturn je pomaknut prema van kako bi se oponašalo širenje divovskih planeta koje se prema postojećim teorijama dogodilo u stvarnosti.
Rezultati su bili iznenađujući. U otprilike polovici svih simulacija nastala je konfiguracija nalik današnjoj. Uključivala je jedinstveni sudar između Teje i Zemlje, kao i već spomenuti orbitalni omjer 3,05:1 između Venere i Marsa, što ukazuje da je taj odnos možda zaostao iz nekadašnje rezonantne faze.
Štoviše, modeli sugeriraju da su stjenoviti planeti formirani unutar prvih 10 milijuna godina nakon nastanka Sunčevog sustava, što je barem 20 milijuna godina ranije od onoga što predviđaju aktualni modeli formacije planeta.
Venera kao geološki svjedok
Znanstvenici smatraju da bi upravo Venera mogla ponuditi ključni dokaz ove hipoteze. Za razliku od Zemlje i Marsa, ona nije doživjela gigantske sudare koji bi promijenili njezinu unutarnju strukturu. To znači da bi njezin plašt, duboki sloj ispod kore, mogao i danas čuvati kemijske tragove svog izvornog sastava.
“Ako bi buduće misije uspjele prikupiti uzorke Venerinog plašta, mogli bismo saznati koliko je doista stara i u kojem je okruženju nastala,” poručio je Shuo Huang, doktorand na Tsinghua sveučilištu i glavni autor studije.
Studija nudi i potencijalno objašnjenje zašto mnogi rezonantni sustavi koje danas promatramo, poput TRAPPIST-1, ne sadrže divovske planete poput Jupitera ili Saturna. Naime, autori smatraju da upravo prisutnost tih masivnih planeta može razoriti unutarnje rezonantne lance, destabilizirati orbite manjih svjetova i potpuno izmijeniti arhitekturu sustava.
Upravo to se, tvrde istraživači, možda dogodilo i u našem slučaju. Četiri stjenovita planeta započela su u usklađenom plesu, sve dok gravitacija divova nije uništila ritam.
Ako Venera zaista skriva netaknute geološke tragove tog davnog rezonantnog sustava, njezin plašt bi mogao postati najvažniji uzorak u povijesti planetarne znanosti. A možda će tada i priča o izgubljenom planetu konačno dobiti svoj epilog.
Ivan je novinar, bloger i autor s više od 15 godina iskustva u digitalnim medijima. Piše o širokom spektru tema, uključujući svemir, astronomiju, znanost, povijest i arheologiju. Objavljuje kao gostujući autor u Večernjem listu, a kao stručni sugovornik gostovao je u emisijama na kanalima Science Discovery i History Channel. Osnivač je portala Kozmos.hr, prvog hrvatskog online magazina posvećenog popularizaciji znanosti i svemira.
