Formation of Terrestrial Worlds

Pembentukan Donya Terestrial

Kepiye planet sing didominasi watu ing wilayah luwih anget cedhak lintang berkembang

1. Terra Incognita saka Planet Terestrial

Kebanyakan lintang kaya Srengéngé—utamane sing massa sedang nganti cilik—dikelilingi dening cakram protoplanet sing dumadi saka gas lan bledug. Ing cakram iki:

  • Wilayah njeron (kira-kira ing sawetara unit astronomi) tetep luwih anget amarga radiasi lintang, nyebabake mayoritas volatiles (kaya és banyu) ngalami sublimasi.
  • Bahan watu/silikat nguwasani zona njeron iki, mbentuk planet terestrial kaya Merkurius, Venus, Bumi, lan Mars ing Sistem Srengéngé kita.

Studi eksoplanet komparatif nuduhake macem-macem super-Bumi lan planet watu liyane sing cedhak karo lintangé, nuduhake yèn mbentuk donya terestrial iku fenomena penting lan nyebar. Ngerti carane pambentukan planet watu kaya ngono mbukak padhang babagan asal-usul lingkungan sing bisa dienggo urip, komposisi kimia, lan potensi urip.

2. Nyetel Panggung: Kahanan Cakram Njeron

2.1 Gradien Suhu lan “Garis Salju”

Ing cakram protoplanet, radiasi lintang netepake gradien suhu. Garis salju (utawa garis es) nandhani panggonan uap banyu bisa ngembun dadi és. Biasane, garis iki ana sawetara AU saka lintang kaya Srengéngé, sanajan bisa beda-beda miturut umur cakram, luminansi, lan pengaruh njaba:

  • Njeroné garis salju: Banyu, amonia, lan CO2 tetep gas, mula butiran bledug umume dumadi saka silikat, wesi, lan mineral refractory liyane.
  • Nalika

Mula, wilayah terestrial njero utamané garing saka segi es banyu nalika kabentuk, sanajan sawetara banyu bisa dikirim mengko déning planetesimal sing disebar saka njaba garis salju [1], [2].

2.2 Kerapatan Massa Cakram lan Skala Wektu

Cakram akresi lintang biasané ngemot padatan cukup kanggo mbangun pirang-pirang planet watu ing zona njero, nanging pira utawa sepira gedhéné gumantung marang:

  • Kerapatan permukaan padatan: Kerapatan luwih dhuwur nyepetaké tumbukan planetesimal lan tuwuhé embrio.
  • Umur cakram: Biasané 3–10 yuta taun sadurungé gas ilang, nanging formasi planet watu (fase sawisé gas) bisa terus nganti puluhan yuta taun nalika protoplanet tabrakan ing lingkungan sing kurang gas.

Proses fisik—evolusi viskous, medan magnet, radiasi lintang—nggerakaké struktur lan evolusi cakram, mbentuk lingkungan ing ngendi badan berbasis watu nglumpuk.

3. Koagulasi Bledug lan Formasi Planetesimal

3.1 Tuwuhé Butiran Watu ing Cakram Njero

Ing wilayah njero sing luwih panas, butiran bledug cilik (silikat, oksida logam, lsp.) tabrakan lan nempel, mbentuk agregat utawa "pebble." Nanging, "penghalang ukuran meter" dadi tantangan:

  • Drift Radial: Objek ukuran meter muter mlebu kanthi cepet amarga drag, resiko ilang menyang lintang.
  • Fragmentasi Tumbukan: Tumbukan gedhé kanthi kecepatan dhuwur bisa mecah agregat.

Cara-cara sing bisa ngliwati alangan tuwuh iki kalebu:

  1. Instabilitas Streaming: Konsentrasi bledug sing kakehan ing wilayah lokal nyebabaké kolaps gravitasi dadi planetesimal ukuran km.
  2. Gundukan Tekanan: Cakram sing nduwèni substruktur (celah, cincin) bisa nyekel butiran bledug, nyuda drift radial lan ngidini tuwuh sing luwih kuat.
  3. Akreasi Pebble: Yen ana embrio sing kabentuk, bisa ngakresi "pebble" mm-cm sakubengé kanthi cepet [3], [4].

3.2 Munculé Planetesimal

Sawisé planetesimal skala kilometer kabentuk, fokus gravitasi nambah akselerasi tuwuh luwih lanjut. Ing cakram njero, planetesimal biasané watu, ngemot wesi, silikat, lan bisa uga senyawa karbon cilik. Sajeroning puluhan nganti atusan ewu taun, planetesimal iki nyawiji dadi protoplanet sing diaméterné puluhan utawa atusan kilometer.

4. Evolusi Protoplanet lan Tuwuhé Planet Terestrial

4.1 Tuwuhé Oligarkis

Ing skenario sing dikenal minangka pertumbuhan oligarkis:

  1. Sawetara protoplanet gedhe ing wilayah dadi "oligark" sing dominan sacara gravitasi.
  2. Planetesimal cilik disebarake utawa diakresi.
  3. Akhiré, wilayah iki ngalih dadi sistem sawetara protoplanet sing saingan karo badan cilik sing isih ana.

Tahap iki bisa suwé pirang-pirang yuta taun, pungkasané ngasilake pirang-pirang embrio planet ukuran Mars utawa Bulan.

4.2 Tabrakan Gedhe lan Perakitan Pungkasan

Sawisé cakram gas ilang (ngilangake drag lan damping), protoplanet iki terus tabrakan ing lingkungan sing kacau:

  • Tabrakan Gedhe: Tahap pungkasan bisa kalebu tabrakan sing cukup gedhe kanggo nguap utawa nyawiji sebagian mantel, contone tabrakan sing dihipotesis kanggo mbentuk Bulan ing proto-Bumi.
  • Skala Wektu Panjang: Pembentukan planet terestrial ing sistem srengenge kita bisa uga mbutuhake ~50–100 yuta taun kanggo ngrampungake orbit Bumi sawisé tabrakan ukuran Mars [5].

Sajrone tabrakan iki, diferensiasi wesi-silikat tambahan bisa kedadeyan, nyebabake pambentukan inti planet, uga panyebaran reruntuhan sing bisa mbentuk satelit (kaya Bulan Bumi) utawa sistem cincin.

5. Komposisi lan Pengiriman Volatile

5.1 Interior Didominasi Watu

Amarga volatiles nguap ing cakram njero sing luwih panas, planet sing mbentuk ing kana luwih akeh nglumpukake bahan refractory—silikat, logam wesi-nikel, lsp. Iki nerangake kerapatan dhuwur lan sifat watu saka Merkurius, Venus, Bumi, lan Mars (sanajan saben nduwèni komposisi lan isi wesi sing béda adhedhasar kondisi cakram lokal lan sejarah tabrakan gedhe).

5.2 Banyu lan Bahan Organik

Sanajan mbentuk ing njero garis salju, planet terestrial isih bisa entuk banyu yèn:

  1. Pengiriman Tahap Akhir: Planetesimal saka cakram njaba utawa sing disebarake saka sabuk asteroid bisa nggawa banyu utawa senyawa karbon.
  2. Badan Es Cilik: Komet utawa asteroid jinis C bisa nyedhiyakake volatiles cukup yèn padha disebarake menyang njero.

Bukti geokimia nuduhake yèn banyu Bumi bisa uga teka saka badan kaya karbonat chondrite, nyambungake kekeringan cakram njero karo banyu sing kita deleng ing permukaan Bumi saiki [6].

5.3 Pengaruh marang Kelayakan Urip

Volatiles iku penting kanggo mbentuk samodra, atmosfèr, lan permukaan sing ramah kanggo urip. Interaksi tabrakan pungkasan, outgassing saka mantel cair, lan fallback saka planetesimal es pungkasane nemtokake potensi saben planet terestrial kanggo kahanan sing bisa dienggoni.

6. Petunjuk Observasi lan Wawasan Exoplanet

6.1 Observasi Exoplanet: Super-Bumi lan Dunia Lava

Survei exoplanet (kayata Kepler, TESS) nuduhaké akèh super-Bumi utawa mini-Neptunus sing ngorbit cedhak lintangé. Sawetara bisa murni watu nanging luwih gedhé tinimbang Bumi, sawetara kapérang atmosfer kandel. Liyane—"dunia lava"—cedhak banget karo lintang nganti permukaané bisa lebur. Panemuan iki negesake yèn:

  • Variasi Disk: Bedane cilik ing massa utawa komposisi disk bisa ngasilake asil saka analog Bumi nganti super-Bumi sing panas banget.
  • Migrasi Orbit: Sawetara super-Bumi watu bisa kabentuk luwih adoh banjur migrasi mlebu.

6.2 Disk Reruntuhan Minangka Bukti Konstruksi Terestrial

Ing sakubengé lintang lawas, disk reruntuhan sing dumadi saka "sisa tumbukan" lempung bisa nuduhaké tumbukan cilik sing terus-terusan antarane planetesimal sing isih ana utawa protoplanet watu sing gagal. Deteksi Spitzer lan Herschel saka sabuk lempung anget ing sakubengé lintang dewasa bisa padha karo lempung zodiak Sistem Srengéngé kita, nuduhaké anané badan terestrial utawa watu sing isih ana sing ngalami penggerusan kolisional alon.

6.3 Analogi Geokimia

Ukuran spektroskopik saka atmosfer white dwarf sing wis ngakresi reruntuhan planet nuduhaké komposisi unsur sing cocog karo bahan watu (kondritik), ndhukung konsep yèn planet watu asring kabentuk ing zona njero sistem planet.

7. Wektu lan Konfigurasi Akhir

7.1 Garis Wektu Akresi

  • Formasi Planetesimal: Bisa 0.1–1 Myr liwat streaming instability utawa tuwuh kolisional alon.
  • Perakitan Protoplanet: Sakwisé 1–10 Myr, badan luwih gedhé nguwasani, ngresiki utawa ngakresi planetesimal luwih cilik.
  • Fase Tumbukan Raksasa: Puluhan yuta taun, pungkasané dadi sawetara planet terestrial pungkasan. Tumbukan gedhé pungkasan Bumi (mbentuk Bulan) bisa ~30–50 Myr sawisé pambentukan Srengéngé [7].

7.2 Variabilitas lan Arsitektur Akhir

Variasi ing kerapatan permukaan disk, anané planet raksasa migrasi, utawa interaksi awal lintang-disk bisa ngowahi orbit lan komposisi kanthi drastis. Sawetara sistem bisa nduwé siji utawa nol planet terestrial gedhé (kaya ing akèh M dwarf?), utawa bisa nduwé pirang-pirang super-Bumi sing cedhak. Saben sistem metu karo “sidik jari” unik saka lingkungan lairé.

8. Langkah Kunci kanggo Planet Terestrial

  1. Tuwuhé Lempung: Butiran silikat lan logam nyawiji dadi kerikil mm–cm, dibantu karo kohesi parsial.
  2. Munculé Planetesimal: Streaming instability utawa mekanisme liya kanthi cepet ngasilake badan ukuran kilometer.
  3. Akumulasi Protoplanet: Tumbukan gravitasi antar planetesimal ngasilake embrio ukuran Mars nganti Bulan.
  4. Tahap Tabrakan Gedhe: Sawetara protoplanèt gedhe tabrakan, mbentuk planèt terestrial pungkasan sajrone puluhan yuta taun.
  5. Pangiriman Volatil: Masuké banyu lan organik saka planetesimal cakram njaba utawa komet bisa maringi planèt samodra lan potensi kelayakan huni.
  6. Pembersihan Orbit: Tabrakan pungkasan, resonansi, utawa acara nyebarake nemtokake orbit stabil, ngasilake susunan dunya terestrial sing kita deleng ing pirang-pirang sistem.

9. Panaliten lan Misi Mangsa Ngarep

9.1 Citra Cakram ALMA lan JWST

Peta resolusi dhuwur saka substruktur cakram nuduhake cincin, celah, lan kemungkinan protoplanèt sing kaiket. Ngenali perangkap bledug utawa gelombang spiral cedhak cakram njero bisa nerangake carane planetesimal watu kabentuk. Kapabilitas IR JWST mbantu ngukur kekuatan fitur silikat lan bolongan utawa tembok njero cakram, nuduhake pambentukan planèt embrionik.

9.2 Karakterisasi Eksoplanèt

Survei transit/radial velocity eksoplanèt sing terus lumaku lan misi sing bakal teka kaya PLATO lan Roman Space Telescope bakal nemokake luwih akeh eksoplanèt cilik, bisa uga terestrial, ngukur orbit, kerapatan, lan bisa uga tandha atmosfer. Data iki mbantu ngonfirmasi utawa nyempurnakake modhel carane dunya terestrial pungkasané ana cedhak utawa ing zona layak huni lintang.

9.3 Panjaluk Sampel saka Sisa Cakram Njero

Misi sing nyampel awak cilik sing kabentuk ing sistem srengenge njero—kaya Psyche NASA (asteroid sugih logam), utawa panjaluk sampel asteroid luwih lanjut—nyedhiyakake cathetan kimia langsung saka bahan bangunan planetesimal. Gabungan data kaya ngono karo studi meteorit ngrampungake teka-teki carane planèt watu konsolidasi saka padatan cakram.

10. Kesimpulan

Pambentukan dunya terestrial muncul kanthi alami ing zona interior sing panas saka cakram protoplanèt. Sawise partikel bledug lan butiran watu cilik nyawiji dadi planetesimal, interaksi gravitasi nyepetake pambentukan protoplanèt. Sajrone puluhan yuta taun, tabrakan bola-bali—sawetara alus, sawetara tabrakan gedhe—ngurangi sistem dadi sawetara orbit stabil, saben-saben makili planèt watu. Pangiriman banyu lan évolusi atmosfer sabanjure bisa nggawe donya kaya ngono dadi layak huni, kaya sing dituduhake déning sajarah géologis lan biologi Bumi.

Pengamatan—karo ing Sistem Srengenge kita (asteroid, meteorit, geologi planèt) lan ing survei eksoplanèt—ngandharake sepira umumé pambentukan planèt watu ing antarane lintang. Kanthi terus nyempurnakake citra cakram, modhel évolusi bledug, lan téori interaksi planèt-cakram, para astronom nambah pangerten kita babagan "resep" kosmik sing ngowahi méga bledug sing dipangan lintang dadi planèt watu kaya Bumi utawa planèt watu liya ing galaksi. Liwat panaliten iki, kita mbukak ora mung crita asal-usul planèt kita, nanging uga carane bahan bangunan kanggo urip potensial bisa kabentuk ing sakubenge lintang-lintang liya ing jagad raya.

Referensi lan Wacan Luwih Jauh

  1. Hayashi, C. (1981). “Structure of the Solar Nebula, Growth and Decay of Magnetic Fields and Effects of Magnetic and Turbulent Viscosities on the Nebula.” Progress of Theoretical Physics Supplement, 70, 35–53.
  2. Weidenschilling, S. J. (1977). “Aerodynamics of solid bodies in the solar nebula.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 180, 57–70.
  3. Johansen, A., & Lambrechts, M. (2017). “Forming Planets via Pebble Accretion.” Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 45, 359–387.
  4. Morbidelli, A., Lunine, J. I., O’Brien, D. P., Raymond, S. N., & Walsh, K. J. (2012). “Building Terrestrial Planets.” Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 40, 251–275.
  5. Chambers, J. E. (2014). “Planetary accretion in the inner Solar System.” Icarus, 233, 83–100.
  6. Raymond, S. N., & Izidoro, A. (2017). “The empty primordial asteroid belt and the role of Jupiter's growth.” Icarus, 297, 134–148.
  7. Kleine, T., et al. (2009). “Hf–W chronology of meteorites and the timing of terrestrial planet formation.” Geochimica et Cosmochimica Acta, 73, 5150–5188.

 

← Artikel sadurunge                    Artikel sabanjure →

 

 

Bali menyang ndhuwur

Bali menyang Blog