A Naprendszer kialakulását szimuláló új modell szerint a Mars azért sokkal kisebb a Földnél, mert a protoplanetáris korong belső tartományaiba "betörő" fiatal Jupiter az anyag jelentős részét elragadhatta onnan.

A Naprendszer kialakulásával foglalkozó kutatások régi problémája, hogy a Mars a Földhöz képest miért olyan kicsi. Az elképzelések szerint a szomszédos belső planéták együtt alakulhattak ki, ezért furcsa, hogy a vörös bolygó eltörpül az egymáshoz képest nagyon hasonló nagyságú és tömegű Vénuszhoz és Földhöz viszonyítva: mérete fele, tömege pedig csak tizede bolygónkénak.

A kérdés megválaszolására Kevin Walsh (Southwest Research Institute) és munkatársai a Naprendszer korai állapotára vonatkozó szimulációkat végeztek, melyekkel azt akarták ellenőrizni, hogy vajon a gáz által dominált protoplanetáris korongból néhány millió év alatt kialakult fiatal Jupiter a születési helyéről indulva behatolhatott-e a Naptól körülbelül 1,5 csillagászati egység távolságig, majd ott jelentős mennyiségű anyagot összegyűjtve megfordulhatott-e a Szaturnusz kialakulásának idejére, hogy kifele mozogva visszaérjen a jelenlegi pozíciójáig. Ha ez a folyamat néhány százezer éves időskálán bekövetkezhetett, akkor az óriásbolygó körülbelül a Föld távolságáig erősen megritkíthatta a protoplanetáris korongot, a fellépő anyaghiány pedig magyarázhatja a Mars kis méretét és tömegét. A szimulációknak természetesen arról is számot kellett adniuk, hogy a Jupiternek ez a befele/kifele mozgása a 2-4 csillagászati egység közötti tartományban összeegyeztethető-e a ma ott elhelyezkedő kisbolygóöv létével.

A Cassini űrszonda négy felvételéből összeállított kép a Jupiterről, a Mars kis méretének és tömegének valószínű okozójáról.
[NASA/JPL/University of Arizona]

Walsh szerint a kapott eredmények nem csak azt mutatták, hogy a migráció konzisztens az aszteroidaöv létével, de annak olyan tulajdonságait is megvilágították, melyekre korábban nem volt elfogadható magyarázat. A kisbolygóöv objektumai alapvetően két nagy csoportba sorolhatók: ez egyikbe a száraz, míg a másikba az üstökösökhöz hasonló, vízben gazdag égitestek tartoznak. Walsh és kollégái kimutatták, hogy a Jupiter áthaladása először kiürítette, majd újrapopulálta a tartományt, mégpedig a belső részét 1-3 csillagászati egység távolságból, míg a külső részét az óriásbolygók közül vagy azokon túlról származó testekkel, megmagyarázva ezzel a kisbolygóövön keresztülhaladva tapasztalható jelentős összetételbeli különbségeket (S és C típusú kisbolygók).

A szimulációk folyamatát és eredményeit összegző ábra. A fekete körök a Jupitert, a Szaturnuszt, az Uránuszt és a Neptunusz reprezántálják, egyértelműen mutatva a befele/kifele történő migrációt, illetve a növekedést. Az eredetileg 0,3 és 3 csillagászati egység között elhelyezkedő S típusú planetezimálokat vörös körök jelzik, a kialakuló belső bolygókat pedig üres körök, melyek sugara a tömeg köbgyökével arányos, de nem arányos az óriásbolygókat jelző körök sugarával. A gázóriások közötti C típusú planetezimálokat világoskék, a 8 és 13 csillagászati egység köztieket pedig sötétkék körök jelölik. A kitöltött körök a kisbolygóövön belüli planetezimálok, az üresek azon kívüliek, az öv közelítő határait a szaggatott vonal jelzi. Az alsó panel a migrációs szimuláció 600 ezer év utáni végállapotát (azokkal a planetezimálokkal, melyek a kisbolygóövbe kerültek) kombinálja a föld típusú bolygókat a korong belső részéből sikeresen "előállító" 150 millió éves szimuláció végeredményével: a Mars kicsi maradt.
[Walsh és tsai]

A kutatók a modelljüket a "Grand Tack Scenario" elnevezéssel illetik, utalva a Jupiter 1,5 csillagászati egység távolságban történő visszafordulására, a titulussal a mozzanatot egy vitorlás bója körüli megfordulásához hasonlítva. Az óriásbolygók vándorlásának lehetőségét azok az exobolygó-rendszerek is alátámasztják, melyekben a központi csillagtól számítva széles távolságtartományokban azonosítottak a gázóriásainkhoz hasonló méretű planétákat.