Đây là tác động tàn phá của một siêu Trái đất đối với hệ mặt trời của chúng ta

Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thêm một hành tinh trong hệ mặt trời? Không ở rìa như giả thuyết hành tinh chín vượt xa sao Diêm Vương, nhưng lại đập vào giữa sao Hỏa và sao Mộc?

Theo một nghiên cứu mới mô phỏng một thế giới như vậy sẽ tàn phá quỹ đạo của hầu hết các hành tinh. siêu trái đất — một thuật ngữ được sử dụng cho các thế giới nặng hơn Trái đất nhưng nhẹ hơn các hành tinh khí khổng lồ — và ghi lại số phận của cả tám hành tinh. Kết quả cho thấy những thay đổi nhỏ nhất trong quỹ đạo của Sao Mộc, lớn hơn tất cả các hành tinh khác cộng lại, có tác động sâu sắc và tàn phá đối với quỹ đạo cân bằng mong manh của các hành tinh khác.

Stephen Kane, nhà thiên văn học tại Đại học California ở Riverside và là tác giả duy nhất của nghiên cứu, cho biết: “Tất cả đều hoạt động giống như những bánh răng đồng hồ phức tạp”. tuyên bố (mở trong tab mới). “Ném thêm bánh răng vào hỗn hợp và tất cả sẽ bị hỏng.”

Có liên quan: Siêu Trái đất: Ngoại hành tinh có kích thước gần bằng Trái đất

Hệ mặt trời của chúng ta từ lâu đã được coi là khuôn mẫu cho tất cả các hệ hành tinh. Tuy nhiên, trong 25 năm qua, nó đã nhanh chóng và chắc chắn trở thành một ngoại lệ vì không có siêu Trái đất của riêng mình.

Các nhiệm vụ săn tìm ngoại hành tinh của NASA như Kepler và Quá cảnh Vệ tinh Khảo sát Ngoại hành tinh (TESS) đã giúp các nhà thiên văn học nhận ra rằng những hành tinh như vậy rất phổ biến một cách đáng ngạc nhiên trong Dải Ngân hà: Một phần ba tổng số ngoại hành tinh là siêu Trái đất. Họ cho rằng hệ mặt trời của chúng ta không có siêu Trái đất vì sao Mộc đàn áp sự hình thành của nó khi nó di chuyển đáng kể về phía vành đai tiểu hành tinh và quay trở lại, trong thời gian đó nó đã gửi rất nhiều vật chất lên mặt trời. Vì vậy, họ gặp khó khăn trong việc hiểu những thế giới phổ biến trong các hệ mặt trời khác như vậy, do thiếu dữ liệu cục bộ giúp họ lập mô hình thành phần và các thuộc tính khác.

Kane nói với Space.com trong một email rằng điều này “thường xuyên gây ra sự thất vọng” trong cộng đồng ngoại hành tinh. “Do đó, nghiên cứu của tôi nhằm trả lời câu hỏi: Điều gì sẽ xảy ra nếu điều ước của bạn thành hiện thực?”

Bốn hành tinh bên trong đặc biệt dễ bị tổn thương

Siêu Trái đất có thể ở bất cứ đâu từ hai đến 10 lần lớn như hành tinh của chúng ta, vì vậy Kane đã mô phỏng các hành tinh có khối lượng khác nhau và đặt chúng ở nhiều khoảng cách khác nhau trong vành đai tiểu hành tinh chính giữa Sao Hỏa và Sao Mộc. Ông bắt đầu với một siêu Trái đất ở khoảng cách gấp đôi giữa Trái đất và mặt trời hoặc 2 đơn vị thiên văn (ÂU; 185 triệu dặm hay 297 triệu km) và tăng khoảng cách đến tận rìa ngoài của vành đai tiểu hành tinh, ở mức 4 AU (371 triệu dặm hay 597 triệu km). Điều này dẫn đến hàng ngàn mô phỏng, mỗi mô phỏng bắt đầu ở thời điểm hiện tại và kết thúc 10 triệu năm sau. Cứ sau 100 năm, Kane lại ghi lại hậu quả đối với từng hành tinh trong số tám hành tinh trong hệ mặt trời.

Những kết quả này cho thấy rằng tất cả bốn hành tinh bên trong — Sao Thủy, Sao Kim, Sao Hỏa và Trái Đất — đặc biệt dễ bị tổn thương trước những thay đổi quỹ đạo; trong nhiều trường hợp, một số hoặc cả bốn hành tinh đã bị đuổi khỏi hệ mặt trời. Không có mô phỏng nào trong số hàng nghìn mô phỏng cho thấy Sao Mộc hoặc Sao Thổ rời đi. Nhưng trong một vài trường hợp, hai gã khổng lồ khí đã hất tung các hành tinh khác, bao gồm cả siêu Trái đất mới được thêm vào cũng như Sao Thiên Vương, gây ra sự hỗn loạn giữa các mặt trăng của nó.

Kane nói: “Tôi sẽ không đặt quá nhiều hy vọng về việc các mặt trăng vẫn ở trong quỹ đạo ổn định quanh hành tinh khi nó bị đẩy ra khỏi hệ mặt trời.

Khi một hành tinh có khối lượng gấp bảy lần Trái đất như Gliese 163c được đặt xa hơn một chút so với sao Hỏa, mô phỏng cho thấy quỹ đạo của cả bốn hành tinh bên trong đều trở nên không ổn định. Quỹ đạo của Trái đất và Sao Kim trở nên lệch tâm hoặc có hình quả trứng đủ để chúng có “những cuộc chạm trán thảm khốc”. Sự thay đổi quỹ đạo của chúng sau đó giải phóng năng lượng được truyền tới Sao Thủy và nó bị loại bỏ ngay sau đó. Sao Hỏa chỉ tồn tại cho đến giờ nghỉ giải lao, còn Trái đất và Sao Kim đã đi ra ngoài khoảng tám triệu năm.

Những gã khổng lồ khí đốt có thể tự nắm giữ

Không giống như các hành tinh trên mặt đất, những người khổng lồ khí, đặc biệt là Sao Mộc và Sao Thổ, ít bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn bởi hành tinh bổ sung. Quỹ đạo của chúng hơi không ổn định chỉ tại các vị trí cộng hưởng chuyển động trung bình (MMR) — những điểm cụ thể nơi hai hành tinh có chu kỳ quỹ đạo là một tỷ số nguyên đơn giản của nhau. (Ví dụ: một vật thể trong MMR 3:1 với Sao Mộc quay quanh mặt trời chính xác ba lần cho mỗi một quỹ đạo của Sao Mộc.)

Vì vậy, khi Kane đặt giống nhau Gliese 163c-giống như siêu Trái đất ở phần ngoài của vành đai tiểu hành tinh ở 3,8 AU, nó kết thúc bằng 8:5 MMR với Sao Mộc và 4:1 MMR với Sao Thổ. Kết quả là, quỹ đạo của cả hai hành tinh khí khổng lồ trở nên giống hình quả trứng hơn, đến mức chúng loại bỏ siêu Trái đất trước và Sao Thiên Vương sau đó. Nghiên cứu của Kane cho thấy rằng trong trường hợp này, ngay cả những thay đổi nhỏ nhất trong hệ mặt trời bên ngoài cũng ảnh hưởng nặng nề đến các hành tinh bên trong; Chẳng hạn, sao Hỏa đã bị ném ra ngoài vài triệu năm sau Sao Thiên Vương.

Kane nói với Space.com trong một email: “Điều làm tôi ngạc nhiên nhất trong nghiên cứu là độ nhạy của kiến ​​trúc tổng thể của hệ mặt trời đối với sự cộng hưởng của Sao Mộc.

Theo nghiên cứu, việc bổ sung thêm một siêu Trái đất sẽ ít hỗn loạn nhất nếu hành tinh này được đặt về phía cuối của vành đai tiểu hành tinh gần 3 AU (278 triệu dặm hay 447 triệu km). Ở đây, nó sẽ tương tác tối thiểu với các hành tinh khổng lồ và gây ra những gián đoạn nhỏ đối với hệ mặt trời, Kane lập luận.

Trong trường hợp này, “một lỗ hổng lớn cần được khám phá thêm là sự ổn định của hệ mặt trời trong khoảng thời gian dài hơn (ví dụ: 1 tỷ năm)”, Manasvi Lingam, nhà thiên văn học tại Viện Công nghệ Florida, người không tham gia vào nghiên cứu này. nghiên cứu, nói với Space.com trong một email.

Nhìn chung, nghiên cứu cho thấy “sao Mộc quan trọng như thế nào đối với động lực học của hệ mặt trời,” Kane nói với Space.com, “và ngay cả những thay đổi tương đối nhỏ cũng có thể tạo ra sự khác biệt to lớn trong sự ổn định của hệ thống của chúng ta.”

Siêu Trái đất có thể phổ biến trong hầu hết các hệ mặt trời vì các hành tinh khổng lồ như Sao Mộc rất hiếm khi xảy ra: Chỉ có mười phần trăm các ngôi sao giống như mặt trời chứa các hành tinh khổng lồ ở khoảng cách xa so với mặt trời như của chúng ta và con số này còn giảm hơn nữa đối với các ngôi sao già hơn.

Kane cho biết các nhà nghiên cứu thường suy đoán liệu hệ mặt trời của chúng ta có thể chứa một hành tinh bổ sung an toàn giữa sao Hỏa và sao Mộc hay không, và câu trả lời dường như là không.

“Nếu bạn là một người ngoài hành tinh và tìm thấy một vị thần trong một cái chai, xin đừng ước rằng hệ mặt trời có một siêu Trái đất,” Kane đã tweet (mở trong tab mới). “Bạn có thể vô tình làm mất ổn định hệ mặt trời!”

Nghiên cứu được mô tả trong một giấy (mở trong tab mới) xuất bản ngày 28 tháng 2 trên Tạp chí Khoa học Hành tinh.

Theo dõi Sharmila Kuthunur trên Twitter @Sharmilakg (mở trong tab mới). Theo chúng tôi @Spacedotcom (mở trong tab mới)hoặc trên Facebook (mở trong tab mới) Và Instagram (mở trong tab mới).