SpaceShip van Virgin Galactic Two Aces 3rd Glide Test Flight

Jupiter is misschien niet altijd een grote bal van waterstof en helium geweest.

Een nieuwe studie suggereert dat Jupiter en andere gasreuzenplaneten in hun jeugd misschien "stoomwerelden" zijn geweest - warme oceaanplaneten een beetje groter dan de aarde, met waterdampatmosferen.

John Chambers, een onderzoeker aan het Carnegie Instituut voor Wetenschap in Washington, D.C., stelt voor dat sommige protoplaneten kunnen uitgroeien tot stoomwerelden vanaf hun bescheiden begin als aanwas van steen- en ijskiezelstenen. [Galerij: de vreemdste buitenaardse planeten]

Naarmate de aantrekkende lichamen samenkomen en het protoplaneet groeit, maakt toenemende druk de ijsjes vloeibaar en vormen zich oceanen. Zonder dat er lucht wordt gesublimeerd, sublimeren water en andere vloeistoffen waardoor een atmosfeer wordt gevormd die gedomineerd wordt door waterdamp, zo luidt het idee. Zelfs een relatief kleine protoplaneet van tussen 0.08 en 0.16 aardmassa's kan behoorlijk warm zijn - van 32 tot 704 graden Fahrenheit (0 tot 347 graden Celsius), zei Chambers.

"Ik heb in dit geval de structuur van atmosferen berekend en uitgewerkt toen de omstandigheden gunstig waren voor snelle instroom van gas om een ​​gigantische planeet te vormen," vertelde Chambers aan ProfoundSpace.org. "Het antwoord is, dit gebeurt wanneer een planeet een paar massa's aarde is, wat iets lager is dan de conventionele waarde van 10 aardmassa's."

In zijn model begon Chambers met een planeet die een zonachtige ster ongeveer drie keer verder weg cirkelt dan de aarde om de zon cirkelt. De samenstelling van de oorspronkelijke protoplaneet is half ijs en half gesteente. De kiezels groeien in een kleine protoplaneet, waarvan de atmosfeer erg dun is en bestaat uit sublimerende ijs. Zodra het protoplanet 0.084 massa's van de aarde bereikt, is er genoeg atmosferische druk om het ijs te laten smelten en wordt het object een kleine oceaanwereld. Naarmate er meer ijs en rots groeit, wordt het protoplanet groter en begint het waterstof en helium te accumuleren.

Omdat er veel water in de atmosfeer is, wordt de planeet warmer. (Water is een krachtig broeikasgas.) Naarmate de protoplaneet massa wint, blijft de atmosferische druk ook stijgen, waardoor de atmosfeer meer waterdamp kan opnemen. Uiteindelijk wordt de druk zo hoog dat het water niet langer een oceaan van vloeistof is, maar een "superkritisch fluïdum" vermengd met waterstof en helium, zonder duidelijke grens tussen de atmosfeer en het oppervlak.

Zodra er ongeveer twee tot vijf aarde-massa's van rotsen en ijs samenkomen, begint een wegloperproces en neemt het protoplanet sneller meer gas van de schijf rond zijn gastheerster op. Dat is wat een gasreus toestaat om te groeien, volgens de nieuwe studie.

De meeste modellen van planeetvorming gaan ervan uit dat planetesimalen - de bits die bijdragen aan het vormen van planeten - ongeveer lichamen van kilometerstand zijn. Bij aanwas van kiezels wordt aangenomen dat de accreting-objecten, zoals de naam al aangeeft, de grootte van kiezels zijn.

Michiel Lambrechts, een onderzoeker aan de universiteit van Lund in Zweden, die niet betrokken was bij de studie van Chambers, zei dat het schema een logische is.

Hier zijn enkele vrij simpele vragen om je kennis over de planeten in ons zonnestelsel te testen. Succes!

"Het gaat allemaal om wat natuurkunde die heel aannemelijk is", zei Lambrechts.

Of dit scenario op Jupiter van toepassing is, is niet bekend, hoewel er enkele gegevens zijn van de Jupiter-omcirkelende Juno-missie van NASA die een kern lijkt te vertonen die meer diffuus is dan wetenschappers aanvankelijk dachten. Een implicatie is dat, als Chambers en anderen het bij het model van kiezel-aanwas goed doen, men zou verwachten dat de kern van Jupiter slechts enkele aardmassa's herbergt, zei Lambrechts.

Planetaire wetenschappers denken in het algemeen dat gasreuzen het grootste deel van hun massa in slechts enkele miljoenen jaren moeten oppikken, omdat de zonnewind van een pasgeboren ster het grootste deel van het gas in zijn protoplanetaire schijf snel wegblaast.

Die snelle tijdlijn kan problemen veroorzaken voor sommige planeetvormingsmodellen. Maar het past prima bij het idee van kiezelaanzetting, zei Chambers.

"Op een gegeven moment gaat het erom hoe je snel accreteert," zei hij.

Chambers zei dat de volgende stap is om naar meer exoplanet-gegevens te kijken.

"Ik ben nog steeds bezig met de implicaties hiervan, maar de volgende stap is om dit resultaat te voeden in meer algemene modellen voor planeetvorming," zei hij. "Het idee is om de uitkomst van deze modellen te vergelijken met de geobserveerde populatie extrasolaire planeten om andere onbekende factoren bij de vorming van de planeet vast te leggen."

Het onderzoek is geaccepteerd voor publicatie in The Astrophysical Journal. Je kunt een exemplaar gratis lezen op de online preprint-server arXiv.org.