Eksoplaneetta hukassa

Kuinka Maa sai alkunsa

13.11.2025 klo 12.44, kirjoittaja Mikko Tuomi
Kategoriat: Eksoplaneetat , Koostumus , Synty ja kehitys

Viimeinen niitti Maan synnylle ja muotoutumiselle sellaiseksi, jona sen tunnemme, saapui noin 4.4 miljardia vuotta sitten arviolta marsinkokoisen planeetta-alkion törmätessä maailmaamme. Maa muuttui hetkessä kosmiseksi laavapalloksi törmäysenergian höyrystettyä sen ylimpiä kerroksia samalla, kun valtavasti kuoren ja vaipan materiaa sinkautui kiertoradalle. Törmääjä jätti osan massastaan Maalle, sulauttaen sen Maan vaippaan ja ytimeen asti. Suuri osa kuitenkin päätyi Maan kiertoradalle. Materian kiertäessä nuorta Maata, vetovoima teki lopulta tehtävänsä, ja se kasautui suureksi Kuuksi. Vastaavaa ei tunneta muilta kiviplaneetoilta, eikä ole selvää kuinka yleisiä suuret kuut ovat eksoplaneettakunnissa. Saimme Maan pyörähdysakselia vakauttavan ja pyörimistä hidastavan Kuun. Planeettamme verrattaen vakaa ilmasto ja päivän pituus ovat tavallaan kosmisen kolarin seurausta. Ja saimme Kuun mukana voimakkaat vuorovedet. Ne ovat saattaneet olla merkittävässä roolissa jopa elämän synnyn suhteen, joten Kuun muodostuminen on saattanut olla kriittinen tapahtuma jopa olemassaolollemme.

Planeettamme koki kovia ennen muotoutumistaan nykyiselleen, elinkelpoiseksi maailmaksi. Kuun synty viimeisteli sen luonteen, mutta se oli sittenkin vain eräänlainen planeettamme muodostumisen päätepiste. Kirsikka kakun päällä. Maa ei olisi aivan samanlainen ilman kuutaan, mutta merkittävimmät tapahtumat olivat jo sattuneet varhaisemmassa historiassa. Emme kuitenkaan tunne tapahtumien kulkua aivan tarkkaan, koska emme voi rakentaa edes supertietokoneillamme planeettojen synnyn simulaatiota, jossa asiat tapahtuisivat täsmälleen kuin Aurinkokunnan varhaisvaiheissa. On useita vaihtoehtoisia, kilpailevia ajatuksia siitä, miten Aurinkokunnan kiviplaneetat oikeastaan saivat alkunsa. Aurinkokunnat voivat muodostua monella tapaa.

Planeettakunnan synnyssä kestää miljoonia vuosia. Sellaisessa aikaskaalassa ihmiselle hitailta vaikuttavat tapahtumatkin sattuvat lukemattomia kertoja. Maapallon kasvu pienemmistä kappaleista, alkaen aina mitättömistä pölyhiukkasista, on yksi sellainen miljoonia vuosi kestävä tapahtumasarja. Sellainen kasvu on kuitenkin vääjäämätöntä. Auringon ympärille jääneen kaasu- ja pölykiekon sisuksissa materiapaakut kasvavat yhtä automaattisesti kuin virtaava vesi valuu alaspäin ja kivi painuu vedenpohjaan. Luonnonlait määrävät niin. Ei ole muutakaan vaihtoehtoa.

Mutta mikä sai planeettakuntamme muodostumaan juuri sellaiseksi, jona sen havaitsemme? On kotiplaneettamme Maa, joka kiertää Aurinkoa aivan elinkelpoisen vyöhykkeen sisäreunan tuntumassa. Maa on vain juuri ja juuri niin viileä, että elämää voi esiintyä sen pinnalla. Läheisellä radalla hiukan lähempänä Aurinkoa Venus on aivan liian kuuma elämän esiintymiselle, vaikka onkin koostumukseltaan hyvinkin tarkkaan maankaltainen. Mars puolestaan on kauempana Auringosta liian viileä nestemäisen veden esiintymiselle ja massaltaan muutoinkin niin pieni, että sen kasvulla on ollut merkittäviä rajoitteita planeettojen muodostuessa. Samoin on asian laita Merkuriuksen suhteen, jonka muodostumiseen sisimpänä planeettana osallistui poikkeuksellisen suuri osuus raskaita metalleja. Planeettojen ja niiden ratojen ominaisuuksia voi pitää yksittäisinä havaintopisteinä siitä prosessista, joka ne synnytti. Meillä on siten neljä konkreettista mittauspistettä tarjoamassa ikkunan Aurinkokunnan syntyyn. Saamme kuitenkin arvokasta lisätietoa katsomalla mitä Aurinkokunnassa ei ole.

Neljän kiviplanetan lisäksi voimme havaita muitakin yleisiä asioita, jotka Aurinkokunnan muodostumista kuvaavan mallin tulisi kyetä selittämään. Kiviplaneettoja on vain neljä, ei yhtään enempää, ja niiden yhteenlaskettu massa on noin kaksi Maan massaa. Sisäplaneettakuntaan mahtuu Marsin radan ulkopuolella myös asteroidivyöhyke, jonka yhteenlaskettu massa on vain noin promillen Maan massasta. Sen kappaleista suurin, kääpiöplaneetta Ceres, on merkittävästi Kuuta pienempi.

Asteroidien koostumukseen liittyy eräs merkittävä yksityiskohta. Sisempänä ne koostuvat lähes kauttaaltaan kivestä mutta ulompana merkittävä osa niiden koostumuksesta on jäätä. Siksi vaikuttaa selvältä, että asteroidivyöhykkeelle on päätynyt materiaa niin sisäplaneettakunnasta, josta vesi oli haihtunut Auringon lämmön vuoksi, kuin ulkoplaneettakunnastakin, jossa vesijää osallistui kappaleiden muodostumiseen kasautumalla.

Aurinkokuntaan ei koskaan syntynyt supermaapalloja, joita muissa planeettakunnissa on yleisesti. Sisäplaneettakunnassa ei myöskään ole suurempia minineptunuksia, ja Jupiter ja Saturnus partioivat ulkoplaneettakuntaa radoillaan lumirajan takana, jossa Auringon säteily ei riitä höyrystämään jäänä esiintyvää vettä kaasuksi. Yksityiskohdat eivät ole vain sattumuksia, vaan seurausta planeettakuntamme syntymekanismeista. Niitä mekanismeja on puolestaan mahdollista mallintaa ja malleja testata tietokonesimulaatioilla, joilla pyritään katsomaan minkälaisia aurinkokuntia mallilla saadaan aikaiseksi.

Perinteisissä malleissa Aurinkokunnan syntyä on pidetty hyvin suoravivaisena. Planeettoja syntyi sisäplaneettakunnassa niin monta kuin mihin riitti materiaa, ja Jupiterin vetovoima siivosi ratansa lähettyviltä materiaa pois estäen planeetan synnyn asteroidivyöhykkeelle. Kaikki alkoi pölyn kasautuessa aina vain suuremmiksi kappaleiksi. Pöly vajosi Aurinkoa ympäröineen kertymäkiekon tasoon kaasun kitkan vuoksi, ja hiukkaset liimautuivat aina vain suuremmiksi. Kasautumista ei voinut enää pysäyttää mikään. Kappaleet kasvoivat keskimäärin aina vain suuremmiksi, vaikka niiden törmäyksissä nähtiinkin myös ajoittaista pirstoutumista. Jupiter ja Saturnus tulivat valmiiksi ensimmäisinä, koska saivat vesijäästä runsaasti lisää materiaa kasvuunsa. Ne olivat valmiita jo noin parissa miljoonassa vuodessa. Maan ja muiden kiviplaneettojen kasvu kuitenkin kesti paljon kauemmin, koska sisäplaneettakuntaan mahtui paljon vähemmän materiaa. Maan kasvussa kestikin 50-100 miljoonaa vuotta, päättyen Kuun muodostaneeseen suunnattomaan protoplaneettojen törmäykseen. Mars muotoutui nykyiselleen jo kymmeniä miljoonia vuosia Maata ennen. Se otti siksi varaslähdön kehitykseensä nykyiselleen.

Oleellista on ero planeettojen i’issä. Jupiter ja Saturnut syntyivät varhain, ja vaikuttivat vetovoimillaan kaikkeen muuhun materiaan Auringon kiertoradalla. Siksi ne partioivat lähes alusta alkaen kapelimestareina, muiden planeettojen syntyprosessin tahdittajina. Perinteisesti kaasujättiläisten huomiointi jää kuitenkin vajaaksi, mikä johtaa simulaatiomalleihin, joissa Mars kasvaa saman kokoiseksi kuin Maa. Sen ei pitäisi olla mahdollista, koska Marsin massa on vain kymmenyksen Maan massasta. Mars siis kiertää Aurinkoa radallaan autuaan tietämättömänä siitä, että se on aivan liian pieni. Tämä pienen Marsin ongelma on kuitenkin pyritty ratkaisemaan tieteellisesti, tarkistamalla olisiko syntyprosessin yksiytyiskohdista tehdyissä oletuksissa jotakin pielessä.

Pohjimmiltaan ongelma on siinä, että läheisille radoille syntyvät planeetat tapaavat olla massaltaan hyvin samanlaisia. Se johtuu taustaoletuksesta, jonka mukaan materian tiheys laskee tasaisesti siirryttäessä kauemmaksi tähdestä mutta samalla kiertoradan pituus kasvaa, jolloin kiertoradan lähetyvillä rakennusmateriaaliksi saatavilla oleva kokonaismassa ei muutu paljoakaan. Jos planeetat syntyvät suunnilleen samalla etäisyydellä, niistä tulee suunnilleen samankokoisia — aivan kuten Maasta ja Venuksesta. Jokin mekanismi on kuitenkin varastanut materiaa Marsin radan tienoilta ja muodostunut planeetta jäi paljon pienemmäksi. Vaihtoehtoisesti materiaa oli alueella alkujaankin paljon vähemmän. Sama ongelma heijastuu asteroidivyöhykkeen massaan, joka on vain noin tuhannesosan Maan massasta. Senkin alueella ainesta pitäisi olla paljon enemmän. Tietokonesimulaatiot tuottavat tyypillisesti asteroidivyöhykkeelle jopa useita marsinkokoisia planeettoja. Malli on siten useiden planeettojen verran pielessä. Sitä voidaan kuitenkin parantaa monella tapaa.

Kevyen asteroidivyöhykkeen malli

Asteroidivyöhykkeen keveyden voi tietenkin selittää se, että sen alueella oli alkujaankin paljon matalampi materiatiheys kuin sisempänä. Jos myös Marsin radan alueella materiatiheys oli huomattavasti matalampaa, Mars jäi Maata ja Venusta pienemmäksi luonnollisista syistä — siksi, ettei muitakaan mahdollisuuksia ollut. Ehkäpä materiaa oli liian vähän, jotta se olisi voinut koskaan kasvaa merkittävästi suuremmaksi. Sisäplaneettojen synty on voinut olla ylipäätään mahdollista vain kapean, Maan ja Venuksen nykyisten ratojen välimaastoon sijoittuneen materiarenkaan alueella. Sellaiseen tilanteeseen voidaan päätyä, jos Aurinkoa ympäröivässä protoplanetaarisessa materiakiekossa on ollut vakaita tiheysaaltorakenteita, joita voimistaa tai heikentää Auringon säteily. Säteilyn määrä ja siten lämpötila vaikuttavat siihen, mitkä molekyylit ja alkuaineet voivat olla kiinteinä aineina muodostamassa pölyhiukkasia ja siksi planeettojen syntyyn käytettävissä olevan materian tiheydessä on merkittäviä eroja eri etäisyyksillä tähdestä.

Marsin muodostumisen rengasmainen planeettojensyntyalue selittää varsin mainiosti. Se syntyi Maan ja Venuksen lähellä mutta renkaan ulkoreunan materiasta, mikä hidasti sen kasvua. Venus ja Maa kasvoivat nopeammin ja niiden vetovoima heilautti lopulta Marsin radallaan ulommaksi, missä sen kasvu pysähtyi ja planeetta tuli valmiiksi. Vastaava kehityskulku olisi siten sattunut myös Merkuriukselle, mutta renkaan sisäreunalla.

Jos materian tiheydessä oli merkittäviä eroja, astroidivyöhykkeen alueella on saattanut olla vain juuri sen verran pölyä, että se kasautui miljooniksi pienikokoisiksi asteroideksi vyöhykkeen alueella. Sen jälkeen mitään ei tapahtunut, koska mitään ei voinut tapahtua. Ceres ja Vesta keräsivät itseensä valtaosan materiasta, mutta niidenkään vetovoima ei riitä puhdistamaan ratojensa aluetta pienemmistä kappaleista. Siksi kutsumme Ceresiä kääpiöplaneetaksi ja Vestaa vain suurikokoiseksi asteroidiksi, vaikka se onkin niin suuri, että on muotoutunut lähes pallomaiseksi oman vetovoimansa ansiosta.

Eräs rengasmaisten tiheysaaltojen mukanaan tuoma mahdollisuus on siinä, että asteroidivyöhykkeen alueella on ehkä ollut pölyä niin vähän, että merkittävää pölyn kasautumista ja protopalneettojen syntyä ei koskaan tapahtunut. Silloin asteroidivyöhyke on voinut muodostua toisella tapaa. Sisäplaneettojen synnyn aikoihin Mars tuskin oli ainoa kappale, joka sai lisää liike-energiaa ja päätyi ulommalle radalle. Ehkäpä runsaasti pienempiä kappaleita sai samaten sysäyksen siirtyä Marsin ja Jupiterin ratojen väliselle alueelle, josta mikään voima ei ole niitä sittemmin voinut poistaa. Kiviset asteroidit olisivat siten peräisin kiviplaneettojen syntyalueelta. Vastaavalla tavalla, jäiset asteroidit ovat saattaneet saada alkunsa jättiläisplaneettojen ytimet synnyttäneen toisen renkaan alueella. Sieltä pieni osa pikkukappaleista olisi voinut sinkautua asteroidivyöhykkeen kappaleiksi jättiläisplaneettojen muokattua vetovoimillaan niiden ratoja. Malli sopii mainiosti havaintoihin ja selittää erot asteroidien koostumuksessa sisempänä ja ulompana.

Ainoana heikkoutena voidaan pitää oletusta renkaista. Jos planeettojen synty ei ollutkaan rajoittunutta vain kapeille rengasmaisille alueille, tarvitaan sisäplaneettakunnankin rakenteelle toinen selitysmalli.

Kivenmurikat kasvattajina -malli

Perinteinen ajatus siitä, että planeetat kasvavat lähtien toisiinsa takertuvista pölyhiukkasista ja päätyen protoplaneettoihin, joiden törmäykset keskenään viimeistelevät planeettojen koon ja koostumuksen, sisältää oletuksena kappaleiden pysymisen radoillaan suunnilleen paikallaan. Jos kappaleet alkavat liikkua planeettakunnassa sisemmäksi tai ulommaksi vasta kokiessaan toistensa vetovoimavaikutukset, syntyy sisäplaneettakuntiin liki varmuudella kokoelma protoplaneettoja, joiden koko ja koostumus riippuvat niiden synnyinetäisyydestään. Mutta oletus siitä, että pienet kappaleet, kivenmurikoista protoplaneettoihin, eivät kokisi muutoksia ratoihinsa, on perusteeton. Me tiedämme, että ne liikkuvat, ja kaasuplaneettojen parinkymmenen maapallon massaisten ydinten nopea kasvu on lähes varmuudella todisteena murikoiden liikkeestä.

Kun materia kasvaa mukuloiksi, murikoiksi ja lohkareiksi, ja sittemmin aina kilometrien ja satojen kilometrien kokoisiksi kappaleiksi, se on paljolti tähden kertymäkiekon sisällä. Kaasu tuottaa kitkavoimia, mutta tiheysaallotkin aiheuttavat materian valumista kohti tähteä. Kappaleet liikkuvat radoillaan tähden ympäri, mutta ne menettävät liike-energiaansa ja vajoavat lähemmäs tähteä. Jos sitä tapahtuu samaan aikaan, kun kappaleet kasvavat suuremmiksi, muodostuu suurin planeetta sisimmäksi, seuraavien jäädessä pienemmiksi, koska syntyvien murikoiden määrä putoaa ajan myötä.

Malli sopii Aurinkokuntaan pienin poikkeuksin. Jos Venus syntyi ensin liikkuvien murikoiden kasautuessa sen materiaksi, seuraavat planeetat jäivät sitä pienemmiksi. Mutta Maa on Venusta suurempi, joten eikö malli pidäkään paikkaansa? Ristiriita on näennäinen, koska Maa muotoutui nykyiselleen vasta Venuksen synnyttyä kahdesta protoplaneetasta, joista toinen oli Marsin kokoinen ja toinen Venusta pienempi. Oli siis Venus, proto-maa, ja kaksi marsinkokoista pienempää protoplaneettaa, joista toinen muotoutui Marsiksi ja toinen muodosti törmäyksessä kuumme. Merkurius jää selitysmallissa hiukan irralliseksi, mutta sen on koostumukseltaan täysin muista kiviplaneetoista poikkeava massiivisella rautaytimellään. Ehkäpä Merkurius syntyikin sisemmällä muista erillään, huomattavasti raskaammista metallleista koostuvasta materiasta.

Koko mallissa on taustalla parikin oletusta. Yksi oletus on, että kivenmurikat muodostuivat eri etäisyydellä Auringosta kuin mihin ne muuttivat. Niitä kuitenkin syntyi pitkiä aikoja, mikä sai planeettoja syntymään kokonaisen joukon. Jos murikat saivat alkunsa Marsin radan tienoilla ja hiukan sen ulkopuolella, niistä massiivisin alkoi nopeasti keräämään pienempiä itseensä. Kasvaessaan suuremmaksi, se alkoi myös valua lähemmäs Aurinkoa. Liike jätti murikoiden kasvualueelle tilaa, ja sai taas suurimmat murikat kasvamaan jatkaen prosessia.

Malli sopii mainiosti kiviplaneettojen ominaisuuksiin, mutta jättää arvailujen varaan asteroidivyöhykkeen synnyn. Vaikka mikään ei tietenkään estä ottamasta mukaan komponentteja eri selitysmalleista, tutkijat vain aniharvoin uskovat ainuttakaan monimutkaisempaa mallia, jos yksinkertaisempi riittää kuvaamaan havaintoja.

Muuttovoittoalueen malli

Kolmas ajatus sisältää myöskin ajatuksia protoplaneettojen ja muiden suurimpien kappaleiden muuttoliikkeestä. Se tuo kuitenkin mukanaan yhden lisätekijän. Koska muuttoliikettä voi tapahtua eri mekanismein sisemmäksi ja ulommaksi, on hyvinkin mahdollista, että jossakin sisäplaneettakunnan alueella on muuttovoittoalue, jonne kappaleet valuvat ulommilta ja sisemmiltä radoilta.

Malliin sisältyy ajatus muuttovoittoalueesta sunnilleen Maan radan etäisyydellä Auringosta. Silloin massiivisimmat planeetat päätyisivät alueen keskelle pienempien jäädessä reuna-alueille. Se sopii mainiosti yhteen Aurinkokunnan kiviplaneettojen massojen ja ratojen kanssa. Mallia tukee se tosiasia, että Maa ja Venus ovat lähes niin lähellä toisiaan radoillaan kuin ne voivat olla. Venus kiertää Auringon karkeasti kahdessa kolmasosassa siitä ajasta, joka Maalla kuluu ratakierrokseen. Se suhde vastaa eksoplaneettakunnissakin tyypillistä planeettojen tiheää pakkautumista mahdollisimman läheisille radoille. Ratajaksojen suhteena 3:2 on yksinkertaisemman suhteen 2:1 ohella yleisimpiä planeettakuntien arkkitehtuurien ominaisuuksia. Vaikka planeettoja tunnetaan läheisemmilläkin suhdeluvuilla, vaikuttaa joka tapauksessa siltä, että Maa ja Venus ovat kutakuinkin niin lähellä toisiaan kuin vain mahdollista.

Muuttovoittoalueen malli ei ole vailla ongelmia. Ei ole toistaiseksi todistusaineistoa siitä, että sisäplaneettakunnassa on tosiaan ollut muuttovoittoalue, jonka lähettyville planeettojen synty olisi rajoittunut. Ja jos sellainen onkin ollut, ei ole todisteita, että se olisi ollut juuri Maan radan etäisyydellä Auringosta — ellei siis todisteeksi lasketa planeettojen tunnettuja rataetäisyyksiä.

Jättiläisplaneettojen vierailun malli

Jos planeetat voivat muuttaa, se mahdollisuus koskee myös kaasujättiläisiä. Jättiläisplaneettojen muuttoliike taas vastaa melkoista kosmista flipperiä, koska niiden valtaisa vetovoima puhdistaa niiden ratojen ympäristöt muista kappaleista lähes kokonaan hyvin lyhyissä aikaskaaloissa. Tiedämme kuitenkin kaasuplaneettojen muuttoliikkeen olevan yleistä (katso myös osat kaksi ja kolme) ja Jupiterin ja Saturnuksen liikkuneen menneisyydessä. Ne eivät syntyneet niillä sijoillaan, jolla ne kiertävät Aurinkoa. Planeetat saivat alkunsa noin 10 maan radasäteen etäisyydellä, ehkäpä juuri paikallisten kivi- ja jäämurikoiden muuttoliikkeen seurauksena.

On joka tapauksessa selvää, että Jupiter syntyi ensin. Synnyttyään, se keräsi nopeasti kaasua itseensä ja muodosti valtavan aukon protoplanetaarisen kiekon ainekseen estäen materiaa virtaamasta ratansa ulkopuolelta sen sisäpuolelle tai päin vastoin. Se taas sai Jupiterin menettämään liike-energiaansa ja vajoamaan sisemmäksi, kohti Aurinkoa. Ei ole lainkaan selvää kuinka pitkälle sisäplaneettakuntaan Jupiter matkasi, mutta on mahdollista, että se saavutti Marsin nykyisen radan ja hivuttautui vielä sitäkin hiukan sisemmäksi. Samalla se jyräsi tieltään kaiken materian asteroidivyöhykkeellä ja heitti radoiltaan vieläpä valtaosan siitäkin materiasta, joka oli korvamerkitty Marsin muodostumiseen. Siksi Mars jäi pieneksi.

Jupiter ei kuitenkaan jäänyt sisäplaneettakuntaan, vaan meidän onneksemme syntyi toinenkin jättiläisplaneetta. Maa ei olisi ehkä koskaan syntynyt, jos Saturnusta ei olisi. Syy on siinä, että Saturnus muutti synnyttyään Jupiterin perässä lähemmäs Aurinkoa, ja sai sen kiinni rataresonanssiin sisäplaneettakunnassa. Jos Saturnus olisi myöhästynyt hiukankin, Maan ja Venuksen muodostumiseen ei olisi riittänyt materiaa ja Jupiteria ei ehkä olisi ehditty pysäyttää, vaan se olisi päätynyt kuumaksi Jupiteriksi. Saturnus kuitenkin saapui, ja sen massa riitti Jupiterin muuttoliikkeen kääntämiseen. Saturnuksen resonanssirata muutti muuttoliikkeen suuntaa, ja parivaljakko palasi ulkoplaneettakuntaan suunnilleen nykyisille paikoilleen. Sisäplaneettakunta oli kuitenkin kokenut peruuttamattoman muutoksen.

Asteroidivyöhykkeen alueen materia oli mennyttä ja Marsin kasvuun ei ollut jäljellä enää kuin kymmenys alkuperäisestä massasta. Lopputuloksena oli nykyisenkaltainen planeettakuntamme. Vierailu vei ehkä jopa pois niin paljon massaa, että Maa ja Venus eivät päätyneet supermaapalloiksi, jotka ovat maailmankaikkeuden tyypillisimpiä planeettoja.

Mallilla on haasteenaan eräs kriittinen reunaehto. Jotta jättiläisplaneettojen pari voisi muuttaa ulospäin rataresonanssiensa avulla liikkuessaan keskellä protoplanetaarista kaasun ja pölyn kiekkoa, niiden massojen suhteen on oltava sisemmän eduksi kertoimella 2-4. Jupiterin ja Satrurnuksen nykyiset massat vastaavat suhdelukua 3.3 mutta ei ole selvää, että se olisi ollut sallituissa rajoissa aikakautena, jolloin oletamme muuttoliikkeen tapahtuneen ja planeetat olivat vielä kasvuvaiheessa. Malli vaatii siksi taustalleen vahvistusta, mutta henkilökohtainen näkemykseni on, että sitä tukee merkittävästi myös Aurinkokunnan tunnettu supermaapallojen puute. Supermaapalloja nimittäin syntyy aivan kaikkialle, kaikenlaisten tähtien kiertoradoille. Sekin on selitettävä Aurinkokunnan syntyprosessien avulla, ja jättiläisplaneettojen vierailu sisäplaneettakunnassa tarjoaa siihen mainion vaihtoehdon.

Varhaisen kaaoksen malli

Viideskin malli liittyy jättiläisplaneettoihin, mutta vain hiukan vähemmän dramaattisella tavalla. Ei ole varmaa, että Jupiter koskaan vieraili syvällä sisäplaneettakunnassa, vaikka se onkin yksi mahdollinen vaihtoehto. Jupiter ja Saturnut ovat kuitenkin vuorovaikuttaneet keskenään merkittävillä tavoilla, ja se on saattanut johtaa kakoottisiin vetovoimavaikutuksiin.

Kun kaasuplaneetat olivat haalineet itselleen paksut vedystä ja heliumista koostuvat vaippansa, niiden kasvun pysäytti protoplanetaarisen kiekon sisältämän kaasun karkaaminen avaruuteen käynnistyneen nuoren Auringon tähtituulen vaikutuksesta. Kaasu oli tiessään ja sen liikettä vaimentavat vaikutukset olivat poissa, mutta ne olivat radoillaan lähempänä toisiaan kuin nykyään. Siinä tilanteessa planeettojen keskinäiset vetovoimat saattoivat jokaisella lähiohituksella pumpata niiden ratoja soikeammiksi. On esitetty, että Aurinkokunnassa oli videskin kaasuplaneetta, suunnilleen neptunuksenkokoinen jääjättiläinen, mutta planeettojen ratojen muututtua soikeammiksi se koki merkittäviä lähiohituksia, jotka sinkosivat sen ulos Aurinkokunnasta. Jäljelle jäivät ulkoplaneettakunnan Neptunus ja Uranus niille radoille, joilta ne nykyisellään tunnemme.

Kaaoksella oli vaikutuksensa myös Jupiteriin ja Saturnukseen. Saturnus karkasi hiukan ulommaksi, jossa sen ja Jupiterin vetovoimat eivät enää kyenneet häiritsemään merkittävästi toistensa ratoja. Jupiterin radan heilahtelut puolestaan saivat sen siivoamaan asteroidivyöhykkeen ja Marsin radan alueetta protoplaneetoista ja pienemmistä kappaleista niin tehokkaasti, että Marsin kasvu jäi vajaaksi ja asteroidivyöhykkeen alueella ei ollut enää riittävästi materiaa planeettojen muodostumista varten. Maan ja Venuksen ratojen alueelle kaaoksen vaikutukset eivät onneksemme ulottuneet, joten ne saivat kasvaa rauhassa nykyisenkaltaisiksi maailmoikseen.

Mallissa on parasta sen kyky tuottaa samalla kertaa niin sisä- kuin ulkoplaneettakuntakin havaintojen kanssa yhteensopivalla tavalla. Tarvitaan vain oletus yhdeksännestä planeetasta, joka olisi poistunut järjestelmästämme ratakaaoksen seurauksena. Sellainen oletus ei ole alkuunkaan epärealistinen, koska Aurinkokunnan ulko-osissa oli hyvinkin riittävästi materiaa yhden ylimääräisen jääjättiläisen syntyyn.

---

Vaikka mallit kuvaavat sisäplaneettakunnan ja siten Maan muodostumisen hyvinkin toisistaan poikkeavilla tavoilla, ne ovat toistaiseksi hyvin menestyksekkäitä Aurinkokunnan historian kuvauksia. Ongelmana vain on, ettemme tiedä mikä niistä on oikea. Vaikka varhaisen kaaoksen mallia pidetään ehkäpä kaikkein vahvimpana selityksenä, sen varmentaminen on hankalaa ja vaatii käytännössä jonkinlaista havaintomateriaalia, jonka avulla muiden mallien selitysvoima heikkenee ja ne muuttuvat epätodennäköisemmiksi.

Todellisuus voi kuitenkin olla paljon monipuolisempi. Ehkäpä jokainen malleilla kuvatuista prosesseista oli ainakin jonkinlaisessa roolissa Aurinkokunnan synnyn aikoihin, ja lopputulos on siksi jonkinlainen eri mekanismien yhdessä orkestroima lopputulos. Asian selvittämiseksi tarvitaan lisää tietoa Aurinkokunnan kappaleiden liikeratojen havainnoista, iänmäärityksistä ja tietokonesimulaatioista. Lisänä voidaan käyttää tunnettujen eksoplaneettakuntien lainalaisuuksia. Samat luonnonlait, joiden seurauksena Aurinkokunnasta tuli meille tuttu maailmojen kokoelma, ovat vastuussa myös eksoplaneettakuntien synnystä. Olemme siksi jälleen kerran tilanteessa, jossa on havaittava kaukaisia planeettakuntia voidaksemme ymmärtää syvällisemmin omaamme, sen muodostumista, kehitystä ja historiaa.

---

Kirjoitukseen innoitti yhdysvaltalaisen astrofyysikon Sean Raymondin mainio blogi useine kiinnostavine teksteineen.