Naar de content

Waarom planeten in dezelfde richting draaien

Een artistieke impressie van een planeet in de ruimte.
Een artistieke impressie van een planeet in de ruimte.
ESO/L. Calçada via CC BY 4.0

Het is een raadsel hoe uit de chaotische oertijd van ons zonnestelsel een stelsel is ontstaan waarin planeten dezelfde kant op draaien én roteren. Amsterdamse astronomen denken nu een verklaring te hebben met een model waarin de planeten vlug samenklonteren uit kiezeltjes.

28 augustus 2019

Het zonnestelsel is opgeruimd. Vooruit, tussen Mars en Jupiter hangt nog wat puin, maar verder hebben we te maken met acht planeten die keurig in dezelfde richting hun baantjes trekken om een centrale ster: de zon. En opmerkelijk: alle planeten (op Venus na) roteren dezélfde kant op. De richting waarin ze om hun eigen as draaien is hetzelfde als de draairichting om de zon.

Een diagram dat de draaining van diverse planeten in het zonnestelsel laat zien.

De rotatie van de acht planeten in ons zonnestelsel, met de periode aangegeven in aardse dagen. Zes van de acht planeten roteren in dezelfde richting als ze om de zon draaien (prograde). Venus zeer traag in de tegenovergestelde richting (retrograde). Uranus is een geval apart omdat de draaias bijna negentig graden gekanteld is ten opzichte van het draaivlak van de planeten.

 NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel & Roel van der Heijden voor NEMO Kennislink

Dat kan bijna geen toeval zijn. En toch verklaart het meest gebruikte model voor planeetvorming niet waarom dit zo is. Astronomen van de Universiteit van Amsterdam komen nu met een mogelijke oplossing. Wanneer planeten zich snel vormen uit kleine ‘kiezelsteentjes’ die tijdens dit proces door het aanwezige gas rondom een jonge ster worden afgeremd, zouden jonge aardes in spe stelselmatig in een bepaalde richting worden ‘gespind’. De resultaten van de modelberekeningen zijn geaccepteerd voor publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Icarus.

Klassieke model versus kiezels

Astronomen zijn het in grote lijnen met elkaar eens: planetenstelsels ontstaan uit enorme gas- en stofwolken in de ruimte die ‘instorten’ onder de invloed van hun eigen zwaartekracht. Tijdens dat proces hoopt het grootste deel van het materiaal op in het centrum, waar een ster ontbrandt. De restanten van de gaswolk draaien daar vervolgens nog miljoenen jaren als een platte schijf omheen.

Maar gedreven door de zwaartekracht begint ook die schijf samen te klonteren. Gas en stof worden steentjes, steentjes worden rotsen, rotsen worden tientallen tot honderden kilometers grote zogenoemde planetesimalen (voorlopers van planeten) waaruit uiteindelijk planeten ontstaan.

Het schijfmodel verklaart waarom alle planeten in hetzelfde vlak in dezelfde richting draaien, maar niet waarom ook de rotatie van de hemellichamen hetzelfde wordt. Als je een planeet voorstelt als een kleine tol die zijn draaisnelheid krijgt doordat er onder een hoek steeds zandkorrels op worden gegooid dan ontstaat er geen voorkeursrichting, laat Rico Visser weten, die dit onderzoek voor zijn masteropleiding Natuur- en Sterrenkunde deed. Sommige planeten worden door iets meer zandkorrels ‘van links’ geraakt, anders iets meer ‘van rechts’. “Er zouden net zoveel linksdraaiende als rechtsdraaiende planeten moeten zijn”, zegt hij.

Visser en collega’s gebruikten een ander relatief nieuw planeetvormingsmodel dat pebble accretion heet (vrij vertaald als ‘aanwas van kiezels’). Hierin ontstaan planeten relatief snel (binnen enkele miljoenen jaren) doordat ze veel materiaal aantrekken uit een wolk van gas en steentjes ter grootte van kiezels. “Het gas dat er alleen in die vroege periode is, speelt een belangrijke rol”, zegt Visser. “Het remt de kiezels af in hun baan om de ster. Door die afremming valt er echter veel meer materiaal op een van de flanken van de planeet. Het hemellichaam krijgt zo zijn draaiing: de tol wordt consequent een kant opgespind.”

Schematische weergave van het ontstaan van planeetrotatie.

Schematische weergave van het ontstaan van planeetrotatie. Te zien is (van boven) een jonge ster met daaromheen met de klok meedraaiend een schijf van gas en stof. In die schijf ontstaat een planeet die via de zwaartekracht en zijn beweging door de schijf materiaal ‘opveegt’. De grote hoeveelheid gas in de schijf remt kiezels in de schijf af waardoor er uiteindelijk meer materiaal uit rood gemarkeerde gebied dan uit het blauw gemarkeerde gebied op de planeet valt. Hierdoor ontstaat er een planeetrotatie.

 Roel van der Heijden voor NEMO Kennislink (bron: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS & charles)

Planeetbotsingen

Kun je met het kiezelmodel alles verklaren? Hoe zit het bijvoorbeeld met Venus die langzaam de verkeerde kant op draait, of Uranus waarvan de draaias vrijwel volledig ‘op zijn kant’ ligt? Volgens Visser was het zonnestelsel na het kiezelbombardement nog niet klaar, nog steeds konden er botsingen plaatsvinden tussen planeten. “Het is waarschijnlijk dat deze planeten door een groot object zijn geraakt die hun rotatie in de war heeft gestuurd”, zegt hij.

Welke theorie nu de juist is – meer ‘klassieke’ planeetvormingsmodellen of het kiezelmodel – is onderwerp van discussie. “Ik geloof dat er steeds meer onderzoekers zijn die vallen voor het kiezelmodel, maar er zijn ook wetenschappers die zich ertegen verzetten. Begrijpelijk, talloze mensen hebben van eerdere theorieën hun levenswerk gemaakt. Dat verwerp je niet zomaar.”

Theorieën maak je om ze te testen. Nu zitten astronomen met het voorlopige probleem dat we maar van één planetenstelsel de gedetailleerde rotatiesnelheden van de planeten weten: ons eigen zonnestelsel. De onderzoekers hopen dat nieuwe en veel grotere telescopen zoals de Extremly Large Telescope meer licht kunnen schijnen op de draaisnelheden en richtingen van planeten rondom andere sterren.

Bron
  • Visser R. et al., Spinning up planetary bodies by pebble accretion, geaccepteerd voor publicatie in Icarus (juli 2019), voorpublicatie op arXiv.org
ReactiesReageer