Zijn de planeten van positie veranderd?

Vanuit het perspectief van een op aarde gestationeerde waarnemer, lijken de planeten voortdurend van positie aan de hemel te veranderen - een feit dat wordt weerspiegeld in het woord 'planeet' zelf, wat afkomstig is van het oude Grieks voor 'zwerver'. Deze schijnbare bewegingen kunnen worden verklaard door aan te nemen dat de planeten in bijna cirkelvormige banen rond de bewegen zon. De afmetingen van deze banen zijn constant gebleven in de menselijke geschiedenis, maar op veel langere tijdschalen zijn ze veranderd als gevolg van planetaire migratie.

De bewegingen van de planeten worden bepaald door de krachten die erop inwerken. De grootste van deze krachten is de zwaartekracht van de zon, die de planeten in hun banen houdt. Als er geen andere krachten bij betrokken waren, zouden de banen nooit veranderen. In werkelijkheid zijn er echter verschillende andere krachten bij betrokken, verstoringen genoemd. Deze zijn kleiner dan de zwaartekracht van de zon, maar groot genoeg om planeten gedurende lange tijd van positie te laten veranderen. Verstoringen omvatten de zwaartekrachtsinvloed van grote planeten zoals Jupiter en Saturnus, plus het cumulatieve effect van botsingen en nauwe ontmoetingen met asteroïden en kometen.

Toen de planeten voor het eerst werden gevormd, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden, was het zonnestelsel nog steeds gevuld met grote hoeveelheden gas en stof - genoeg om een ​​significante kracht uit te oefenen. zwaartekracht op de nieuw gevormde planeten. Het gas en stof waren geconcentreerd in een dichte, roterende schijf, en dit werd de belangrijkste oorzaak van planetaire migratie in de vroege geschiedenis van het zonnestelsel. Een effect van de schijf was om de kleinere rotsachtige planeten - Mercurius, Venus, Aarde en Mars - naar binnen naar de zon te trekken.

Jupiter, de grootste van de planeten, werd aanvankelijk ook naar binnen getrokken. Het stopte toen het zich ongeveer op dezelfde afstand van de zon bevond als Mars nu is, waarschijnlijk tegengehouden door de zwaartekracht van Saturnus, de volgende planeet naar buiten. Jupiter en Saturnus dreven vervolgens weer naar buiten en naderden de banen van de buitenste planeten, Uranus en Neptunus, die dichter bij de zon stonden dan ze nu zijn. Op dit punt was het meeste interplanetaire gas en stof verdwenen, en het tempo van de planetaire migratie vertraagde een tijdje.

Ongeveer 3,8 miljard jaar geleden, niet lang voordat het eerste primitieve leven op aarde verscheen, was er een dramatische tweede fase van planetaire migratie. Dit werd geactiveerd toen de banen van Jupiter en Saturnus voor korte tijd aan elkaar werden vergrendeld, waarbij Saturnus er precies twee keer zo lang over deed als Jupiter om een ​​circuit rond de zon te voltooien. Dit bleek een destabiliserend effect te hebben, niet alleen op Jupiter en Saturnus, maar ook op Uranus en Neptunus. Om deze instabiliteit te compenseren, veranderden de posities van alle vier de planeten snel. Jupiter migreerde naar binnen, terwijl Saturnus, Uranus en Neptunus naar buiten migreerden. Na slechts een paar miljoen jaar -- een korte periode in astronomische termen -- hadden de planeten zich op stabiele posities gevestigd die heel dicht bij de huidige posities lagen.