Artist's conception of the brown dwarf / Brązowy karzeł - wizja artysty

Brązowy karzeł zamiast Jowisza

Zastanawialiśmy się ostatnio z kolegą, co by było, gdyby zamiast Jowisza w Układzie Słonecznym znajdował się brązowy karzeł.

Brązowe karły to takie „nieudane gwiazdy”.  Są to ciała niebieskie o masach plasujących je między gwiazdami a planetami-olbrzymami. Ich masy zawierają się w przedziale od 13 do 75-80 mas Jowisza. Zakładając więc najlżejszego możliwego brązowego karła (nie mówimy o najmniejszym bo gazowe olbrzymy i brązowe karły nie różnią się za bardzo rozmiarami – to skutek kompresji gazów, z których się składają, w warunkach dużej grawitacji) – jaki byłby jego wpływ na Układ Słoneczny? W szczególności na Ziemię?

Na początku wydawało się, że głównym zagrożeniem byłyby chmary asteroid i komet, ściągane przez tak masywne ciało niebieskie do wnętrza Układu. Owszem, ów gruz byłby również wyrzucany poza Układ, poza płaszczyznę ekliptyki, ale musielibyśmy się liczyć z tym, że sporo więcej przeleci też koło nas. To znaczy koło Ziemi, bo możliwe, że przy takiej ilości odwiedzin nie byłoby nas.

Później jednak zacząłem rozważać efekt, jaki ta większa masa wywierałaby na Słońce. Otóż już w tej chwili, z masą 1 MJow w odległości 5,2 JA, Słońce nie znajduje się w środku Układu Słonecznego – środek masy Układu znajduje się 46000 km od jego powierzchni (czyli 742000 km od jego środka). Gdyby w miejscu Jowisza była masa 13 MJow to Słońce znajdowałoby się ok. 13 razy dalej od środka masy Układu (ok. 9,5 mln km od środka Słońca). W porównaniu z odległością Słońca od Ziemi (śr. 149,6 mln km) to może niewiele, ale już Merkury w perihelium (punkcie orbity najbliższym Słońcu) jest w odległości „jedynie” 30 mln km. Jego orbita byłaby więc znacznie „ciekawsza” niż obecnie –  Słońce orbitowałoby wokół barycentrum a Merkury – wokół Słońca, więc jego orbita  względem barycentrum przypominałaby raczej rozetę. I to dodatkowo zniekształcaną przez oddziaływanie ze strony brązowego karła.

Ciężko odpowiedzieć na pytanie, jak zachowywałyby się pozostałe planety poddane z jednej strony przyciąganiu Słońca, z drugiej – brązowego karła, w sytuacji gdy ich wzajemne pozycje stale się zmieniają. Myślę, że do tego potrzebne byłyby obliczenia numeryczne, ale można przyjąć za pewnik, że orbity planet wewnętrznych byłyby mniej stabilne i byłoby miejsce na mniejszą ich liczbę. Jak się dalej okaże, jeśli by istniały to byłyby mniejsze i pokiereszowane większą ilością kraterów.

W szczególności niepewna wydaje mi się możliwość istnienia Księżyca. Obecnie dominująca teoria jego powstania zakłada, że powstał on w wyniku kolizji proto-Ziemi z ciałem niebieskim wielkości Marsa. Jednak zamiast ostatecznej apokalipsy w typie Hollywood, uderzenie z jednej strony rozwaliło na kawałki intruza, z drugiej – zdarło sporo płaszcza proto-Ziemi. Duża część wyrzuconego w przestrzeń materiału nie osiągnęła prędkości ucieczki i krążyła po orbicie, aż w ciągu zaledwie kilku tysięcy lat na skutek przyciągania grawitacyjnego między drobinami tego gruzu powstał glob Księżyca. Jednak warunkiem tak korzystnego rezultatu tego zderzenia są podobne wektory prędkości ciał, tj. oba ciała powinny poruszać się w podobnej płaszczyźnie, w tym samym kierunku a ich prędkość względna powinna być niewielka. Natomiast co jak co, ale perturbacje grawitacyjne ze strony Słońca i karła sprzyjają raczej orbitom eliptycznym a nie kołowym. Co za tym idzie gdy dochodzi do zderzenia, ich wektory ruchu są raczej niezgodne i ciała zderzają się z dużą prędkością względną pod kątem, który wyrzuca materiał skalny poza ekliptykę.

I nie ma Księżyca, a co za tym idzie nachylenie ziemskiej osi obrotu może się zmieniać równie mocno jak to jest w przypadku Marsa. Nachylenie osi obrotu Marsa wynosi w tej chwili 25°, ale na przestrzeni milionów lat waha się od 10° do ponad 45°. Efekt? Przy zwiększaniu nachylenia coraz bardziej ekstremalne zimy, coraz większa akumulacja lodu na biegunach i coraz większe zlodowacenie planety – aż po zwrotniki!

Co ma do tego Księżyc? Otóż aby zmienić nachylenie Ziemi musimy zmienić moment pędu całego układu Ziemia-Księżyc, a więc również zmienić położenie Księżyca, który działa jak wielka dźwignia. Nie jest to proste więc mamy w miarę stabilne nachylenie.

W następnym odcinku: dlaczego nie byłoby nas w ogóle?

2 myśli nt. „Brązowy karzeł zamiast Jowisza”

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *