¿Cómo explica la hipótesis de Grand Tack cómo se formó Júpiter dentro de la línea de congelación?

Un apuntalamiento directo de la página de la wiki para la línea de escarcha :

En astronomía o ciencia planetaria, la línea de escarcha, también conocida como línea de nieve o línea de hielo, es la distancia particular en la nebulosa solar desde la protoestrella central donde hace suficiente frío para compuestos volátiles como agua, amoníaco, metano, dióxido de carbono. , monóxido de carbono para condensarse en granos de hielo sólidos. Esta temperatura de condensación depende de la sustancia volátil y de la presión parcial de vapor en la nebulosa protoestrella. La temperatura real y la distancia de la línea de nieve del hielo de agua dependen del modelo físico utilizado para calcularla:

• 170 K a 2,7 AU (Hayashi, 1981)
• 143 K a 3,2 AU a 150 K a 3 AU (Podolak y Zucker, 2010)
• 3.1 AU (Martín y Livio, 2012)

Ocasionalmente, el término línea de nieve también se usa para representar la distancia actual a la que el hielo de agua puede ser estable (incluso bajo la luz solar directa). Esta distancia actual de la línea de nieve es diferente de la distancia de la línea de nieve de formación durante la formación del Sistema Solar y equivale aproximadamente a 5 AU. La razón de la diferencia es que durante la formación del Sistema Solar, la nebulosa solar era una nube opaca donde la temperatura era más baja cerca del Sol, [cita requerida] y el Sol mismo era menos energético. Después de la formación, el hielo quedó enterrado por la caída de polvo y se ha mantenido estable a unos pocos metros por debajo de la superficie. Si el hielo dentro de 5 AU queda expuesto, por ejemplo, por un cráter, entonces se sublima en escalas de tiempo cortas. Sin embargo, fuera de la luz solar directa, el hielo puede permanecer estable en la superficie de los asteroides (y la Luna) si se encuentra en cráteres permanentemente sombreados.

Las observaciones del cinturón de asteroides, ubicado entre Marte y Júpiter, sugieren que la línea de nieve del agua durante la formación del Sistema Solar estaba ubicada dentro de esta región. Los asteroides exteriores son objetos helados de clase C (p. ej., Abe et al. 2000; Morbidelli et al. 2000), mientras que el cinturón interior de asteroides está prácticamente desprovisto de agua. Esto implica que cuando ocurrió la formación planetesimal, la línea de nieve estaba ubicada alrededor de$R_{snow} = 2.7$AU del Sol.

Entonces, en los tres modelos enumerados, así como en la línea de nieve inferida de las propiedades de los asteroides, parece que la distancia inicial de 3.5 AU para Júpiter en la hipótesis de Grand Tack permanece cómodamente detrás de la línea de nieve (al menos para el agua, que es sigue siendo una ventaja sobre los planetas interiores).

Dado que finalmente cayó bien dentro de la línea de nieve durante un tiempo, uno esperaría que los hielos expuestos se sublimaran rápidamente. Supongo que compensó esto al acrecentar los planetesimales más rocosos que se encuentran en las partes internas del Sistema Solar, que luego podrían proteger los hielos restantes.

Este sitio ofrece un detalle bastante bueno de la estructura básica de la Hipótesis Grand Tack. La información más digerible se encuentra en la parte inferior, en forma de archivo AVI que modela los primeros millones de años del sistema solar. La respuesta corta a su pregunta es "Se supone que Júpiter ya formó un núcleo fundamental al comienzo de la hipótesis, luego se mueve acumulando y dispersando cosas a través del sistema solar interior, hasta que regresa al sistema solar exterior para terminar de crecer". La migración interna inicial es causada por interacciones con el disco gaseoso relativamente grueso (la mayoría nunca formará parte de ningún planeta), lo que crea resistencia en los planetas/planetesimales y hace que pierdan velocidad y caigan hacia adentro.

Pero el video es muy bueno, así que lo vincularé y hablaré sobre él solo por su propio bien.

Obtenga el video, producido por el artículo Walsh et. al., 2011

Puede que le resulte mejor ejecutar esto a la mitad de la velocidad o más lento para ver realmente lo que está pasando.

Así es como comienza.

Las órbitas negras sólidas son las órbitas de los gigantes gaseosos, siendo Júpiter la más interna y Saturno la siguiente. El círculo punteado representa una distancia de 2 UA del sol (el Marte moderno se encuentra actualmente a unas 1,5 UA, y el cinturón de asteroides moderno se extiende aproximadamente entre 2,2 y 3 UA). Esto es notable ya que el modelo está tratando de explicar por qué Marte es tan pequeño y por qué hay tan poco material (en términos relativos) en el cinturón de asteroides. Los numerosos puntos azules pequeños son los cometas/planetesimales helados que se forman justo alrededor del punto en el que comienza Júpiter y apunta más allá. Los numerosos puntos rojos son los asteroides/planetesimales rocosos característicos del sistema solar interior.

Durante los primeros segundos vemos a Júpiter acercándose lentamente hacia el sistema solar interior. Notarás que muchos planetesimales rocosos se dispersan hacia el sistema solar exterior, mientras que algunos de los helados se dispersan hacia el sistema solar interior. De hecho, parece ser una característica general de este modelo que la cantidad total de material dentro de aproximadamente 1 AU experimenta un aumento neto.

Saturno también se está moviendo lentamente hacia adentro, pero no tan rápido como Júpiter (Neptuno/Urano parecen bastante estables, pero "pulsan" hacia adentro y hacia afuera un poco).

En esta imagen vemos que Júpiter alcanza la marca de las 2 AU a los ~3 segundos, lo que corresponde a un tiempo modelo de unos 68.000 años. En este punto, puede ver un círculo discontinuo a una distancia de aproximadamente 3,5 AU, que corresponde a la distancia inicial de Júpiter. Saturno está a unas 4 UA ahora, habiendo comenzado a más de 5.

Los segundos tercero a cuarto tienen un aspecto bastante estable, con Júpiter moviéndose a aproximadamente 1,5 AU pero los otros planetas exteriores permanecen en su mayoría en su lugar.

Pero en el quinto segundo (~94,000 años de tiempo modelo)...

Vemos a Saturno hacer un movimiento muy rápido hacia adentro. Esta es la razón principal por la que sugiero jugarlo lentamente, ya que es muy fácil pasarlo por alto y perder la noción de dónde proviene cada órbita negra sólida. Para el tiempo del modelo de 98.000 años (todavía en el quinto segundo del tiempo del video), Saturno ya se ha acercado a unas 2 UA del Sol; Júpiter todavía está alrededor de 1,5 UA, y hay una gran concentración de planetesimales en su mayoría rocosos dentro de 1 UA.

Para el tiempo modelo de unos 120.000 años, Saturno y Júpiter están rebotando hacia el sistema solar exterior, a distancias muy parecidas a las que vemos hoy, dispersando a la mayoría de los planetesimales que quedaron en las áreas que se convertirían en Marte y el cinturón de asteroides. Esto deja un disco bastante denso de material para que la Tierra, Venus y Mercurio se formen y crezcan, mientras que deja mucho menos para Marte y aún menos para el cinturón de asteroides.

Toda la película de 10 segundos cubre un tiempo modelo de 600.000 años.

Walsh, KJ, Morbidelli, A., Raymond, SN, O'Brien, DP, Mandell, AM (2011). Una masa baja para Marte de la primera migración impulsada por gas de Júpiter. Naturaleza 475, 206-209.

Walsh, KJ, Morbidelli, A., Raymond, SN, O'Brien, DP, Mandell, AM (2012). Poblando el cinturón de asteroides desde dos regiones de origen principales debido a la migración de planetas gigantes: "The Grand Tack". Meteoritics & Planetary Science 47(12), 1941-1947.