Novi modeli nastanka stjenovitih planeta kreću od različitih početnih rasporeda materijala, bez pokušaja da unaprijed proizvedu današnji Sunčev sustav. Planet usporediv sa Zemljom ipak se redovito pojavljuje približno na njezinoj današnjoj udaljenosti od Sunca, što upućuje na to da naš planet možda nije zahtijevao iznimno rijedak slijed početnih okolnosti.
Jedan od problema računalnog modeliranja nastanka Sunčeva sustava krije se u tome što astronomi unaprijed znaju konačan rezultat. Znamo gdje se danas nalaze Zemlja, Venera i Mars, kolike su im mase i kako izgleda ostatak sustava. Model koji krene od početnih uvjeta odabranih upravo zato da bi završio poznatim rasporedom planeta može vrlo dobro reproducirati Sunčev sustav, a da pritom ne pokaže koliko je taj ishod zapravo vjerojatan.
Planetarni znanstvenik Nader Haghighipour sa Sveučilišta na Havajima u Manoi i njegovi suradnici pokušavaju ukloniti upravo taj problem. Proveli su više od 1.000 simulacija kasne faze nastanka stjenovitih planeta koristeći različite rasporede planetezimala i planetarnih embrija. Umjesto da početni disk prilagode današnjim planetima, dopuštaju gravitaciji, sudarima i preraspodjeli materijala da odrede konačan izgled sustava. Najnoviji rezultati predstavljeni su u srpnju na konferenciji Origins 2026 u Parizu. Riječ je o konferencijskom radu, a ne o novom recenziranom znanstvenom članku.
Model više ne kreće od Sunčeva sustava kakav poznajemo
Stjenoviti planeti nastaju u protoplanetarnom disku, disku plina i čvrstog materijala koji okružuje mladu zvijezdu. Sitna tijela postupno se spajaju u planetezimale, zatim u planetarne embrije, a nakon dugog niza sudara i gravitacijskih susreta nastaju konačni planeti.
Ne znamo, međutim, kako je stvarni disk mladog Sunca bio građen. Mnogi klasični modeli raspoređivali su čvrsti materijal prema relativno jednostavnim matematičkim funkcijama. Haghighipourov tim umjesto toga koristi neujednačene diskove u kojima postoje lokalni viškovi i manjkovi materijala. U model su uključeni i gravitacijsko djelovanje ostataka planetezimala, migracija tijela, veliki sudari te utjecaj divovskih planeta.
Takav pristup dopušta da simulacija završi sustavom koji uopće ne nalikuje našem. Upravo je zato rezultat za Zemlju zanimljiv. Planet usporediv sa Zemljom prirodno se pojavljuje približno na udaljenosti od jedne astronomske jedinice od Sunca, a raniji sažetak istog istraživačkog programa navodi da je analog Zemlje nastao u gotovo svim provedenim simulacijama.
Koliko je materijala od kojeg je Zemlja nastala uopće bilo dostupno u unutarnjem Sunčevu sustavu zasebno je pitanje. Ovogodišnja analiza izotopnog sastava Zemlje pokazala je da je naš planet vjerojatno izgrađen gotovo potpuno od materijala koji je već pripadao unutarnjem dijelu sustava. Novi modeli sada pokušavaju objasniti kako se taj materijal gravitacijskom evolucijom mogao pretvoriti u konačne planete.
Zemlja se pojavljuje redovito, Venera i Mars mnogo rjeđe
Venera se u novim simulacijama pokazala znatno manje postojanom. Prema Haghighipouru, njezin analog pojavljuje se u približno 28 posto slučajeva. Konačna orbita takvog planeta također varira, pa u nekim simulacijama završava unutar nastanjive zone, a u drugima nešto izvan nje.
Mars je još osjetljiviji na početnu raspodjelu materijala. Raniji rezultati istog programa pokazali su da planet Marsove veličine prirodno nastaje ondje gdje protoplanetarni disk sadrži lokalni manjak čvrste tvari. Takav rezultat nudi moguće objašnjenje jednog od dugogodišnjih problema modela Sunčeva sustava: zašto je Mars toliko manje mase od Zemlje i Venere.
Razlika između Zemlje, Venere i Marsa pokazuje da isti osnovni proces može završiti vrlo različitim sustavima. Male promjene u početnom položaju i količini materijala mijenjaju kasnije sudare, migraciju embrija i količinu mase koju pojedini planet uspije prikupiti. Haghighipour naglašava da i male promjene početnih uvjeta mogu znatno promijeniti konačnu arhitekturu cijelog sustava.
Sunčev sustav samo je jedan mogući ishod
Simulacije dodatno pokazuju da migracija divovskih planeta nije nužna za sam nastanak stjenovitih planeta. Kada divovski planeti ipak značajnije migriraju, modeli redovito stvaraju super-Zemlje, planete masivnije od Zemlje, ali manje od ledenih divova poput Urana i Neptuna.
Takav rezultat dobro se uklapa u ono što opažanja egzoplaneta već pokazuju. Super-Zemlje su jedna od najčešćih skupina planeta otkrivenih oko drugih zvijezda, iako u Sunčevu sustavu nemamo nijedan takav planet. Još je zanimljivije što se najčešći planetarni sustavi u našoj galaksiji mogu znatno razlikovati od našega. To je važan podsjetnik da današnji raspored planeta oko Sunca nije nužno standard prema kojem treba graditi modele drugih sustava.
Napredak računalne tehnologije omogućuje da se taj prostor mogućnosti istraži mnogo temeljitije nego prije. Simulacije koje su nekada zahtijevale šest do osam mjeseci danas se, prema Haghighipouru, mogu završiti za približno šest do osam tjedana na suvremenim prijenosnim računalima. Umjesto nekoliko pažljivo odabranih scenarija moguće je ispitati stotine ili tisuće različitih početaka.
Planet poput Zemlje još nije “druga Zemlja”
Najvažnija ograda odnosi se na samo značenje Zemljina analoga. Ove simulacije proučavaju nastanak planeta, a ne njihov kasniji razvoj. Planet može imati masu i orbitu sličnu Zemljinoj, a završiti s potpuno drukčijom atmosferom, količinom vode, geologijom i površinskim uvjetima.
Venera pokazuje koliko dva stjenovita planeta usporedivih dimenzija mogu krenuti različitim evolucijskim putovima. Nastanjivost ne određuju samo masa planeta i njegova udaljenost od zvijezde, nego i kemijski sastav, atmosfera, voda, unutarnja evolucija te svojstva same zvijezde.
Novi modeli ne pokazuju da je život čest niti da oko drugih zvijezda nužno postoje kopije Zemlje. Pokazuju nešto uže i fizički konkretnije: planet Zemljine klase može nastati i kada početne uvjete ne prilagodimo unaprijed poznatom Sunčevu sustavu.
“Nema razloga vjerovati da je naša Zemlja slučajnost”, zaključio je Haghighipour. Hoće li se isto pokazati i za njezinu nastanjivost, atmosferu i dugoročnu stabilnost, ostaje sasvim drugo pitanje.
