Nice-Modell

Den Nice-Modell (engl.: Nice model; no der Stad Nice genannt, wou en um Observatoire de la Côte d'Azur entwéckelt gouf) ass en Zenario fir eng dynamesch Entwécklung vun der spéider Migratioun vun de Planéiten am Sonnesystem. E gouf 2005 vun de Fuerscher R. Gomes, H. F. Levison, A. Morbidelli a K. Tsiganis (an alphabetescher Reiefolleg) an dräi Nature-Artikelen virgeschloen. De Modell kann en ettlech Eegenschafte vum Sonnesystem viraussoen.

Eng Simulatioun nom Nice-Modell, deen déi baussenzeg Planéiten an d'Kuiperceinture weist:
a) virun der Jupiter/Saturn-2:1-Resonanz, b) Zerstreeung vun de Kuiperceintureobjeten ab d'Sonnesystem, nodeem sech d'Ëmlafbunn vum Neptun verréckelt hat, c) nom Ustouss vun Objete vun der Kuiperceinture duerch de Jupiter.

De Modell

Positioun vun de Riseplanéiten an Ofhängegkeet vun der Zäit. Et erkennt d'Instabilitéitsphas, ausgeléist duerch déi 2:1-MMR (gestréchelt Linn), an d'Ännere vum Uranus a vum Neptun.

De Modell beschreift eng Migratioun vun de Planéiten, nodeem sech d'protoplanetaresch Gasscheif opgeléist hat. Et ass also kee Migratiounsmodell am engste Sënn wéi z. B. de Grand-Tack-Modell. Den Nice-Modell hëlt un, datt d'Planéiten ufanks op zimmlech kreesfërmegen, kompakten Ëmlafbunne geflu sinn. Ausserdeem hëlt de Modell un, datt bei der Planéitegenesis eng Scheif vu Planéitesimalen entstoung, déi baussenzeg vun de Planéitebunne bis op eng Distanz vu 35 AU gereecht huet an eng total Mass vun zirka 35 Äerdmassen hat.

D'Riseplanéite vum Sonnesystem streeën elo ufanks vereenzelt Planéitesimale aus der Scheif. Dobäi gëtt en Dréiimpuls iwwerdroen, an d'Bunne vun de Planéiten ännere sech liicht. Mat numeresche Simulatioune ka presentéiert ginn, datt doduerch de Saturn, den Uranus an den Neptun lues no bausse wanderen an de Jupiter no bannen.

No e puer honnert Millioune Joer (500–800 Mio. Joer no der Genesis vun der Sonn) kënnt et zu enger 2:1 Resonanz (engl.: mean motion resonance, MMR) tëscht Jupiter a Saturn. Doduerch klammen d'Exzentrizitéiten, an de System destabiliséiert sech. D'Planéite Saturn, Uranus an Neptun réckelen an der Planéitesimalescheif méi no beienee. Doduerch ginn d'Planéitesimale praktesch schlagaarteg zerstreet, en Deel vun de Planéitesimale flitt an de bannenzege Planéitesystem a léist do dat Grousst Bombardement aus. An zirka 50 Prozent vun de simuléierte Modeller kënnt et dobäi och zu engem Wiessel vun de Plaze tëscht den zwéi baussenzege Gasplanéiten Uranus an Neptun (kuckt d'Grafik riets). No ronn honnert Millioune Joer erreechen d'Planéiten endlech hir haiteg Distanzen, hir Exzentrizitéite ginn ofgeschwächt an de System stabiliséiert sech nees.

Nieft de Positiounen, Exzentrizitéiten an Inklinatioune vun de Riseplanéiten an dem grousse Bombardement erkläert de Modell nach eng Rei weider Eegenschafte vum Sonnesystem vun haut:

• Wärend der globaler Instabilitéit sinn d'Co-Orbit-Regioune vu Jupiter gravitativ op. Déi gestreeten Planéitesimale kënnen an dëser Zäit an dës Regiounen eran an eraus fléien. Um Enn vun der Instabilitéitsphas sinn d'Regioune vergläichsweis e beemol nees gravitativ zou, an d'Objeten, déi zu deem Zäitpunkt do waren, si gefaangen. Dat erkläert d'Jupiter-Trojaner an d'Hilda-Asteroiden. Dat selwecht gëllt och fir d'Trojaner vum Neptun. De Modell stëmmt an alle wiesentlechen Eegenschafte vun den Trojaner – bis op hir grouss Inklinatiounen – iwwerenee.
• Saturn, Uranus an Neptun koumen sech an de Planéitesimale wärend der globaler Instabilitéit zimmlech no, dofir sinn Dräifachstéiss tëscht zwéi Planéiten an engem Planéitesimal vergläichsweis warscheinlech. Bei sou Rendez-vouse gëtt de Planéitesimal vun engem vu béide Planéiten agefaangen a kreesst ëm deen dann als Mound. Well et keng Noutwendegkeet gëtt, datt de Mound de Planéit um Equatorialplang ëmkreese sollt, kritt ee bei de baussenzege Planéiten dacks en Onreegelméissege Satellit. Doduerch kënne prinzipiell déi onreegelméisseg Mounde vun de Riseplanéiten bis op déi vum Jupiter erkläert ginn. D'Viraussoen iwwer d'Inklinatioun, d'Exzentrizitéit an d'grouss Hallefachs stëmme mat den Observatiounen iwwereneen. Déi ufanks virausgesot Masseverdeelung vun de Planéiten entsprécht net der gemoossener; dat léisst sech awer erklären, wann een unhëlt, datt et Kollisiounen tëscht den onreegelméissege Mounde gouf.
• 99 % vun der Mass vun der Planéitesimalscheif geet duerch d'Stéiss verluer – déi verbleiwend Kierper dogéint formen d'Kuiperceinture. Dobäi ass d'Modell an der Lag, all wichteg Eegenschafte vun der Kuiperceinture z'erkläeren, wat virdrun nach kengem Modell gläichzäiteg gelongen ass:
  • d'Koexistenz vu resonanten an net-resonanter Objeten
  • déi relativ Verdeelung vun der grousser Halnefachs an der Exzentrizitéit vun der Kuiperceinture
  • d'Existenz vun enger Baussenkant an der Distanz enger 2:1-Resonanz mam Neptun
  • déi bimodal Verdeelung vun den Objete an déi dobäi bestoend Korrelatioun tëscht der Inklinatioun an den Eegenschafte vum Objet
  • déi orbital Verdeelung vun de Plutinos an der 2:5-Libratoren (eng 1975 vum Franklin et al. beschriwwe Klass vun Asteroiden)
  • d'Existenz vum extended scattered disc
  • de Massendefizit vun der Kuiperceinture.

Kritik a Vergréisserung

Wéi beim Bild uewen erkennt een d'Destabiliséierung no der 2:1-MMR a wéi de Neptun dobäi iwwer den Uranus spréngt. Hei ass awer den hypothetesche fënnefte Planéit abezunn, et erkennt een, wéi hie wärend der Instabilitéitsphas aus dem System geworf gëtt.

  Haaptartikel zu dësem Theema: Amphitrite (Planéit) 

De Modell beschreift net d'Migratioun an der protoplanetarer Gasscheif, mä setzt eréischt dono un. D'Problemer an oppe Froe vun der klassescher planetarer Migratioun ginn doduerch also net geléist.

Bei der Entwécklung vum Modell goufen nëmmen déi véier baussenzeg Riseplanéiten observéiert, d'Auswierkung op d'Bunnne vun den terrestresche Planéiten goufen net abezunn. An der Instabilitéitsphas géifen dës awer warscheinlech gestéiert ginn. Och tendéieren esou instabil Systemer dozou, Planéiten ze verléieren. Béides ka méiglecherweis ënnerlooss ginn, wann een dem System ufanks e weidere Riseplanéit derbäi mécht, deen d'System stabiliséiert a schliesslech selwer aus dem Sonnesystem geworf gëtt.

Den David Nesvorny vum Southwest Research Institute hat 2011 gewisen, datt d'Warscheinlechkeet dofir vill méi héich ass fir e Modell ouni fënnefte Riseplanéit. Dobäi goufe vill Simulatioune mat ënnerschiddlechen Ufanksbedéngungen, Migratiounsquote vun de Planéiten, Opléisungsvitesse vun der Gasscheif, Mass vun der Scheif aus Planéitesimalen an d'Mass vum zousätzleche Planéit (tëscht 1/3 an 3 Uranusmassen) gemaach an no véier Krittären ausgewäert:

• Kriterium A: Um Enn muss d'System genee 4 Riseplanéiten hunn.
• Kriterium B: D'Planéite mussen um Enn vergläichbar Ëmlafbunnen zu den haut observéierten hunn. (z. B. max. 20 % Ofwäichung an der Grousser Hallefachs).
• Kriterium C: Gewësse Parametere musse sou si fir datt d'Méiglechkeet fir d'Afänke vun irreguläre Mounde besteet – wéi uewe beschriwwen.
• Kriterium D: D'Distanz tëscht Jupiter a Saturn muss sou sinn, datt déi bannenzeg terrestresch Planéiten iwwerliewen.

Bei der Auswäertung hat ee festgestallt, datt d'Kriterium A bei ufanks 4 Riseplanéiten an ënner 13 % vun de Simulatiounen erfëllt ass, wärend et bei ufanks 5 Planéiten bei 37 % vun de Simulatiounen erfëllt ass; Kriterium B ass bei 4 Planéiten an nëmmen 2,5 % vun de Fäll erfëllt, wärend et beim Derbäihuelen vun engem 5. Planéit an 23 % vun de Fäll erfëllt ass. Bei richteger Wal vun der Mass vum fënnefte Planéit vun 1/2 Uranusmass klammen d'Warscheinlechkeeten fir Kriterium A a B souguer op 50 % resp. 20–30 %. Déi bannenzeg Planéiten iwwerliewe beim klassesche Modell nëmmen an zirka 1 % vun de Fäll – bei engem ëm ee Planéit erweiderte Modell klëmmt d'Warscheinlechkeet awer op zirka 10 %.

D'Ënnersich hunn och gewisen, datt d'Kriterium C bei béide Modeller nëmme ganz rar erfëllt ass. Well de Modell och déi onreegelméisseg Mounde vum Jupiter net beschreiwe kann, ass et onsécher, ob et zu der Erkläerung onreegelméisseger Mounde erugezunn ka ginn.

Um Spaweck

• Animatioun vum Nice-Modell