En gång var Jupiter dubbelt så stor som den är nu.

 

Bild https://www.caltech.edu  En illustration av Jupiter med magnetfältslinjer som sänder ut från dess poler. Upphovsman: K. Batygin

I en ny studie publicerad i tidskriften Nature Astronomy, skriven av Konstantin Batygin (PhD '12), professor i planetvetenskap vid Caltech; och Fred C. Adams, professor i fysik och astronomi vid University of Michigan ges en detaljerad inblick i Jupiters ursprungliga tillstånd. Deras beräkningar visar att ungefär 3,8 miljoner år efter att solsystemets första fasta ämnen bildades och den protoplanetäraskivan av materia runt solen (den protoplanetära nebulosan) var Jupiter betydligt större och hade ett kraftfullare magnetfält.

– Vårt ultimata mål är att förstå var vi kommer från och att fastställa de tidiga faserna av planetbildning det är avgörande för att lösa gåtan, beskriver Batygin. – Det här för oss närmare att förstå hur inte bara Jupiter utan hela solsystemet tog form.

Batygin och Adams närmade sig denna fråga genom att studera Jupiters små månar Amalthea och Thebe vilka kretsar  närmare Jupiter än Io den minsta och närmaste av planetens fyra stora galileiska månar. Eftersom Amalthea och Thebe har något lutande omloppsbanor analyserade Batygin och Adams dessa små skillnader i omloppsbana för att beräkna Jupiters ursprungliga storlek vilken visade sig vara ungefär dubbelt så stor som dess nuvarande radie med en förutspådd volym som motsvarar över 2 000 jordklot. Forskarna kom också fram till att Jupiters magnetfält vid den tiden var ungefär 50 gånger starkare än det är idag.

Adams lyfter fram det anmärkningsvärda avtryck som det förflutna har lämnat på dagens solsystem: "Det är häpnadsväckande att det även efter 4,5 miljarder år finns tillräckligt med ledtrådar kvar för att vi ska kunna rekonstruera Jupiters tillstånd i början av dess existens."

Det är viktigt att notera att dessa kunskaper uppnåddes genom oberoende undersökning av och utan begränsning av  traditionella osäkerheter i planetbildningsmodeller, Modeller som ofta förlitar sig på antaganden om gasopacitet ackretionshastighet eller massan av den tunga grundämneskärnan.

 I stället fokuserade teamet på omloppsdynamiken hos Jupiters månar och bevarandet av planetens rörelsemängdsmoment storheter som är direkt mätbara. Deras analys ger en tydlig bild av Jupiter i det ögonblick då den omgivande solnebulosan avdunstade. Något som är en avgörande övergångspunkt när byggmaterialen för planetbildning försvann och solsystemets ursprungliga arkitektur låstes fast.

Resultaten lägger till viktiga detaljer till befintliga teorier om planetbildning vilka föreslår att Jupiter och andra jätteplaneter runt andra stjärnor bildades genom kärnackretion, en process genom vilken en stenig och isig kärna snabbt samlar på sig gas. Dessa grundläggande modeller har utvecklats under årtionden av många forskare, inklusive Caltechs Dave Stevenson, Marvin L. Goldberger Professor of Planetary Science, Emeritus. Den nya studien bygger vidare på den grunden genom att ge mer exakta mätningar av Jupiters storlek, spinnhastighet och magnetiska förhållanden vid en tidig, avgörande tidpunkt i Jupiters utveckling.

Batygin betonar att även om Jupiters första ögonblick förblir dolda i osäkerhet, klargör den aktuella forskningen avsevärt vår bild av planetens kritiska utvecklingsstadier. – Det vi har etablerat här är ett värdefullt riktmärke, beskriver han. "En punkt från vilken vi med större säkerhet kan rekonstruera utvecklingen av vårt solsystem."

Artikeln har titeln "Determination of Jupiter's Primordial Physical State." 

Finansieringen till studien kom från Caltech, David and Lucile Packard Foundation, National Science Foundation, University of Michigan och Leinweber Center for Theoretical Physics vid University of Michigan.