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그랜드 택 가설

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목차

1. 개요

그랜드 택 가설은 목성이 태양계 형성 초기에 태양에 더 가까운 궤도에서 형성된 후, 두 단계의 이동을 거쳐 현재 위치에 도달했다는 가설이다. 목성의 내향 이동과 토성의 상호작용은 화성의 작은 질량, 소행성대의 특징, 그리고 슈퍼 지구의 부재 등 태양계의 여러 특징을 설명하는 데 기여한다. 하지만, 가설의 세부 사항과 관련된 여러 비판과 대안 가설도 제시되어 있으며, 특히 목성과 토성의 궤도 이동, 가스 강착, 그리고 태양 성운의 역할에 대한 논쟁이 존재한다.

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그랜드 택 가설
개요
명칭그랜드 택 가설
로마자 표기Geuraendeu Taek Gaseol
주요 내용목성의 이동과 태양계 형성 과정에 대한 가설
제안 시기2011년
제안자월터 크루츠만, 알레산드로 모르비델리, 숀 레이먼드, 데이비드 오브라이언, 아네-카트린느 방
가설 상세
핵심 주장목성이 태양계 안쪽으로 이동했다가 다시 바깥쪽으로 이동했다는 가설
이동 경로태양으로부터 3.5 AU까지 이동
토성의 영향으로 다시 바깥쪽으로 이동
현재의 5.2 AU 위치에 정착
주요 영향화성의 작은 크기 설명
소행성대의 구조 설명
지구에 물 공급 가능성 제시
연구 배경
기존 이론의 문제점컴퓨터 시뮬레이션 결과, 화성이 지나치게 크게 형성되는 문제
새로운 가설의 필요성화성의 작은 크기와 소행성대의 구조를 설명할 수 있는 새로운 태양계 형성 모델 요구
증거 및 지지 의견
화성 크기목성의 이동이 화성의 성장에 필요한 물질을 제거했다는 설명
소행성대 구조목성의 이동이 소행성대의 궤도 분포와 화학적 조성을 설명
외행성계뜨거운 목성과 유사한 이동 패턴이 다른 외행성계에서도 발견
비판 및 반론
목성 이동 메커니즘목성이 안쪽으로 이동했다가 다시 바깥쪽으로 이동한 원동력에 대한 의문
다른 가설다른 행성 형성 모델로도 화성의 작은 크기를 설명할 수 있다는 주장
참고 자료
관련 논문월터 크루츠만 외, Nature, 2011
관련 기사NASA 기사
Sky & Telescope 기사
Universe Today 기사
Space.com 기사

2. 그랜드 택 가설의 전개

그랜드 택 가설에 따르면 목성은 형성 후 2단계의 이동을 거쳤다. 1.5AU까지 안쪽으로 이동한 후 경로를 바꾸어 바깥쪽으로 이동했다. 목성은 약 3.5 AU의 얼음선 근처에서 형성되었다.

가스 원반의 틈을 비운 후 목성은 유형 II 이동을 겪었다. 이는 가스 원반과 함께 태양을 향해 천천히 이동하는 현상이다. 이 이동이 중단되지 않았다면 목성은 다른 행성계의 핫 쥬피터와 마찬가지로 태양 주위의 가까운 궤도에 머물렀을 것이다.[5] 토성도 태양을 향해 이동했지만, 크기가 더 작았기 때문에 더 빨리 이동하여 유형 I 이동 또는 폭주 이동을 겪었다.[10] 토성은 목성에 수렴하여 이 이동 중에 목성과 2:3의 평균 운동 공명으로 포착되었다. 그 후 목성과 토성 주변에 가스 원반의 겹치는 틈이 형성되어,[6] 두 행성의 힘의 균형이 바뀌면서 함께 이동하기 시작했다. 토성은 그 틈새를 부분적으로 비워 외부 원반이 목성에 가하는 토크를 줄였다.

그 후 행성들의 순 토크가 양수가 되어 내부 린드블라드 공명에서 발생하는 토크가 외부 원반에서 발생하는 토크를 초과하게 되었고, 행성들은 바깥쪽으로 이동하기 시작했다.[7] 행성들 사이의 상호 작용으로 인해 가스가 틈새를 통해 흐르기 때문에 바깥쪽으로의 이동이 계속될 수 있었다.[8] 가스는 통과하는 동안 행성들과 각운동량을 교환하여 토크의 양수 균형을 더해 행성들이 원반을 기준으로 바깥쪽으로 이동할 수 있도록 했으며, 이 교환은 또한 외부 궤도에서 내부 궤도로 질량을 전달했다.[9] 가스가 내부 원반으로 이동하면서 태양에 가까워질수록 외부 원반에 비해 내부 원반의 질량 감소가 느려져 내부 토크가 약해져 거대 행성의 외곽 이동이 끝났다.[7][34] 그랜드 택 가설에서는 이 과정이 목성이 1.5 AU에 있을 때 행성의 내측 이동을 역전시켰다고 가정한다.[10] 목성과 토성의 외측 이동은 궤도 내에서 제로(0) 토크 구성에 도달하거나,[11][34] 가스 원반이 소멸될 때까지 계속되었다.[34] 이 모든 과정은 목성이 대략적인 현재 궤도에 도달했을 때 끝났다.[10]

3. 그랜드 택 가설과 태양계 형성

목성은 처음 약 3.5AU 부근의 얼음선 근처에서 형성되었다. 목성은 가스 원반에 간극을 열고 난 후, 타입 II 이동이라고 불리는, 태양으로의 가스 원반 강착에 따른 느린 행성 내향 이동을 겪었다. 만약 방해받지 않았다면 목성은 이 이동으로 인해 다른 항성계에서 발견되는 뜨거운 목성처럼 태양에 매우 근접한 궤도까지 이동했을 것이다. 토성 또한 태양 방향으로 이동했지만, 목성보다 작았기 때문에 타입 I 이동이라고 불리는 더 빠른 이동을 겪었다.

이윽고 토성은 목성에 접근하여 목성과 2:3의 평균 궤도 공명에 포획되었다. 이때, 목성과 토성이 만든 가스 원반의 갭이 겹쳐진 상태가 되어 함께 이동하는 두 행성의 역학 관계가 변화했다. 토성은 바깥쪽 원반이 목성에 가하는 토크를 감소시키는 틈새의 일부를 부분적으로 열어주었다. 이때, 바깥쪽 원반으로부터 받는 음의 토크를 넘는 양의 토크가 "내부 린드블래드 공명"에 의해 생기기 때문에 두 행성에 작용하는 토크의 합은 양으로 바뀌어, 함께 바깥쪽으로 이동을 시작한다.

행성 간의 상호 작용으로 가스가 갭을 통해 흐르는 것이 가능하게 되므로, 행성의 바깥쪽 이동은 지속된다. 이 때 갭을 흐르는 가스는, 이동하는 동안 행성과 각운동량을 교환하고, 양의 토크를 준다. 또한 외부 원반에서 내부 원반으로 질량을 이동시키고, 두 행성이 더 바깥쪽으로 이동할 수 있게 한다. 내부 원반으로의 가스 유입은 또한, 태양으로의 강착에 의한 내부 원반 가스의 감소를 완화하고, 내부 원반과 외부 원반의 질량비 감소를 늦춘다. 내부 원반이 태양으로 강착되면 안쪽으로부터의 토크가 줄어들어 두 행성의 바깥쪽 이동이 멈추게 된다.

그랜드 택 모델에서는 목성이 안쪽 이동으로 1.5AU에 도달했을 때 이동이 반전된다고 가정한다. 목성과 토성의 바깥쪽 이동은 가스 원반이 흩어질 때까지 지속된다. 이 행성 이동은 목성이 현재 궤도 근처까지 왔을 때 끝났다고 추측된다.

이 가설은 화성 문제, 소행성대 구성, 슈퍼 지구 부재 등 태양계의 여러 특징을 설명하는 데 적용될 수 있다.

3. 1. 화성 문제

목성의 그랜드 택 가설은 화성을 형성할 수 있는 물질의 양을 제한함으로써 "화성 문제"를 해결한다.[12] "화성 문제"란 내행성들의 형성에 대한 일부 시뮬레이션에서 지구형 행성이 형성되는 과정에서 화성 지역에 실제 화성 질량(0.107 )보다 훨씬 큰 0.5–1.0 의 행성이 생성되는 문제를 의미한다.

목성의 내향 이동은 물질의 분포를 변화시켜[13] 소행성들을 안쪽으로 이동시켜 1.0 AU 안쪽에 다양한 물질이 혼합된 좁고 밀도가 높은 띠를 형성하게 한다.[14] 이로 인해 화성 지역은 대체로 비어 있게 된다.[15] 행성 원시체들은 좁은 띠 안에서 빠르게 형성된다. 이 원시체들의 대부분은 충돌하고 합쳐져 6천만에서 1억 3천만 년에 걸쳐 더 큰 지구형 행성 (금성 및 지구)을 형성한다.[16] 다른 원시체들은 이 띠 밖으로 흩어져 추가 물질을 공급받지 못하여 성장이 늦어지면서 낮은 질량의 지구형 행성인 화성 및 수성을 형성한다.[17]

3. 2. 소행성대

목성과 토성의 이동은 대부분의 소행성을 초기 궤도에서 밀어냈다. 이로 인해 목성의 원래 위치 안팎에서 유래한, 궤도가 불안정한 잔해들이 남게 되었다.[18] 목성이 이동하기 전, 목성 주변 지역에는 태양으로부터의 거리에 따라 구성이 다른 소행성들이 존재했다.[19] 암석 소행성은 내부 지역에, 더 원시적이고 얼음이 많은 소행성은 얼음선 너머 외부 지역에 분포했다.[19]

목성과 토성이 안쪽으로 이동하면서 내부 소행성의 약 15%가 토성 너머 궤도로 흩어졌다.[2] 이후 목성과 토성이 방향을 바꾸면서 이 소행성들의 약 0.5%를 다시 안쪽의 안정적인 궤도로 흩뿌렸다.[10] 목성과 토성이 외부 지역으로 이동하면서는 원시 소행성의 약 0.5%가 외부 소행성대 궤도로 흩어졌다.[10]

목성과 토성과의 만남은 포획된 많은 소행성들의 궤도 이심률과 궤도 경사를 크게 만들었다.[15] 이는 니스 모형에서 설명된 거대 행성 불안정 기간 동안 감소되어, 궤도 이심률 분포가 현재 소행성대의 분포와 유사하게 되었다.[20] 일부 얼음 소행성은 지구형 행성 형성 지역을 가로지르는 궤도에 남아, 이들이 충돌할 때 물이 행성에 전달될 수 있었다.[21][22]

3. 3. 슈퍼 지구의 부재

목성이 안쪽으로 이동하면서, 미행성체들은 평균 운동 공명에 포획되어 궤도가 수축하고 이심률이 증가했다. 이로 인해 충돌 연쇄 반응이 발생하여 미행성체의 상대 속도가 커져 파괴적인 충돌을 일으켰다. 그 결과로 생긴 파편들은 가스 원반의 항력으로 인해 태양을 향해 안쪽으로 나선형으로 이동했다.[23]

초기 태양계에 슈퍼 지구가 존재했다면, 이들은 이러한 파편의 많은 부분을 공명으로 포획했을 것이고, 파편이 안쪽으로 나선형으로 이동하면서 태양으로 끌려 들어갔을 수도 있다. 현재의 지구형 행성들은 목성이 방향을 바꿨을 때 남겨진 미행성체들로부터 형성되었을 것이다.[24]

그러나 근접 궤도의 슈퍼 지구가 태양으로 이동하는 것은 파편이 더 큰 물체로 합쳐져 가스 항력을 줄이고, 원시 행성계 원반에 내부 공동이 있다면 그 가장자리 근처에서 안쪽으로의 이동을 멈출 수 있다면 피할 수 있었을 것이다.[25] 만약 초기 태양계 내부에 아직 행성이 형성되지 않았다면, 충돌 연쇄 반응 동안 더 큰 물체들의 파괴로 인해 남은 파편들이 태양풍에 의해 바깥으로 밀려날 정도로 작아졌을 수 있으며, 이는 초기 태양계 동안 훨씬 강했을 것이고, 수성의 궤도 안쪽에서 행성을 형성할 만한 물질을 거의 남기지 않았을 것이다.[26]

4. 그랜드 택 가설의 발전과 논쟁



그랜드 택 가설은 초기 모델 이후 여러 연구를 통해 발전해왔다.

그랜드 택 모델에서 목성은 형성 후 두 단계의 행성 이동을 거친다. 처음에는 태양 중심 거리 1.5 AU까지 안쪽으로 이동하고, 이후 방향을 바꾸어 바깥쪽으로 이동한다. 목성은 약 3.5 AU 부근의 얼음선 근처에서 형성된 후, 가스 원반과 함께 태양으로 천천히 이동하는 유형 II 이동을 겪는다. 이 이동이 계속되었다면 목성은 다른 행성계의 뜨거운 목성처럼 태양 가까이 궤도에 머물렀을 것이다. 토성도 태양 쪽으로 이동했지만, 크기가 작아 더 빠른 유형 I 이동을 겪었다. 토성은 목성에 수렴하여 2:3 평균 운동 공명에 포착되었고, 두 행성 주변에 겹치는 가스 원반의 틈이 형성되면서 함께 이동하기 시작했다. 토성은 틈새를 부분적으로 비워 외부 원반이 목성에 가하는 토크를 줄였다. 이후 내부 린드블래드 공명에서 발생하는 토크가 외부 원반의 토크를 초과하면서 행성들은 바깥쪽으로 이동하기 시작했다. 행성 간 상호작용으로 가스가 틈새를 통해 흐르면서 각운동량을 교환하여 양의 토크를 더하고, 외부 궤도에서 내부 궤도로 질량을 전달했다. 가스가 내부 원반으로 이동하면서 내부 토크가 약해져 거대 행성의 외곽 이동이 끝났다. 그랜드 택 가설에서는 이 과정이 목성이 1.5 AU에 있을 때 내측 이동을 역전시켰다고 가정한다. 목성과 토성의 외측 이동은 궤도 내에서 제로(0) 토크 구성에 도달하거나 가스 그룹이 소멸될 때까지 계속되었고, 목성이 현재 궤도에 도달했을 때 끝났다.

최근 모델에서는 좁은 범위에 고리 모양으로 분포된 물질로부터 행성이 형성되었다고 가정할 때, 달을 형성하는 충돌을 일으키는 크기의 천체인 화성이 빠르게 형성된다는 것이 밝혀졌다. 또한 달이 형성된 후 지구에 강착되는 질량은, 행성의 과점적 성장 단계가 끝났을 때 가장 잘 재현된다. 이 시나리오에서는 달을 형성한 충돌이 6000만~1억 3000만 년 사이에 발생했다고 여겨진다. 만약 화성이 지구, 금성과 다른 조성을 가진다면, 화성 집적 대부분은 그랜드 택에 의해 형성된 좁은 환상 물질 밖에서 발생했을 것이다. 그랜드 택으로 형성된 환 내에서 성장하는 행성은 결국 비슷한 조성을 갖게 된다. 화성을 형성한 미행성체가 비교적 작은 시기에 그랜드 택이 일찍 발생했다면, 소행성이 경험한 것과 유사하게 바깥쪽으로, 그 후 안쪽으로 흩어졌을 경우, 다른 조성을 가진 화성이 형성된다. 이 현상이 발생할 확률은 약 2%이다.[74][75][76][77]

4. 1. 추가 연구

지구형 행성 형성에 대한 시뮬레이션 결과, 목성의 이동 반전 지점이 2.0AU일 경우가 현재 태양계와 더 유사하다는 연구 결과가 있다.[74] 이 시뮬레이션에서 행성체의 이심률은 목성의 섭동으로 증가하는데, 이 높은 이심률이 고밀도 가스 원반과의 상호작용으로 감소하면서 행성체의 궤도 장반경이 줄어들고 고체 물질 밀도가 안쪽으로 이동한다. 1.5AU에서 목성 이동이 반전된 시뮬레이션에서는 금성 궤도 근처에서 가장 큰 지구형 행성이 형성되는 경향이 있어, 2.0AU 반전 모델이 더 적합하다.

초기 궤도 불안정 시뮬레이션에서 Hit and run 충돌에 의한 파편 발생을 고려하면 지구형 행성의 궤도가 더 잘 재현된다.[75] 충돌로 생긴 다수의 소천체는 충돌과 역학적 마찰을 통해 성장 중인 행성의 이심률과 경사각을 감소시킨다. 이는 금성과 지구의 형성 시간을 늘려 지구형 행성 질량 대부분을 차지하게 한다.

거대 행성이 소행성대를 통과하면 충돌 속도가 급증하여 콘드라이트가 형성될 수 있다. CB 콘드라이트는 충돌 용융[76]에서 결정화된 철/니켈 괴상을 포함하는 금속 성분이 풍부한 탄소질 콘드라이트이다. 이 금속 기화에는 18km/s 이상의 충돌 속도가 필요한데, 이는 표준 강착 모델의 최대 상대 속도 12.2km/s를 초과한다. 목성이 소행성대를 통과하면 미행성의 이심률과 경사각이 증가하여 금속 기화에 충분한 충돌 속도를 50만 년 동안 유지한다. CB 콘드라이트 형성 원인이 목성 이동이라면, CB 콘드라이트 연대로부터 목성 이동은 태양계 형성 450~500만 년 후에 일어났다고 추정된다.

타이탄에 두꺼운 대기가 있고, 가니메데와 칼리스토에 대기가 없는 것은 그랜드 택과 위성 형성 시기 전후 관계에 의해 설명될 수 있다. 가니메데와 칼리스토가 그랜드 택 이전에 형성되었다면, 목성이 태양에 가까워지면서 대기가 소실되었을 것이다. 그러나 타이탄이 토성 주위 원반과의 상호작용에 의한 타입 I 이동을 피하고 대기가 생존하려면, 그랜드 택 이후에 타이탄이 형성되어야 한다.

다른 행성체와의 접근 조우는 화성 주위 원반을 불안정하게 만들어 화성 위성 질량을 감소시킬 수 있다.[77] 다른 행성에 의해 화성이 산란되면, 주변 물질이 고갈될 때까지 조우가 계속된다. 이러한 조우는 다른 행성과 분리된 안정적인 화성 궤도를 만들지만, 위성 형성 물질 원반에 섭동을 준다. 이 섭동은 물질의 화성 궤도 이탈이나 충돌을 유발하여 작은 위성을 형성한다.

4. 2. 비판과 논쟁

몇몇 연구는 사라져가는 태양 성운에서 목성과 토성이 3:2 평균 운동 공명에 포획될 가능성이 낮다고 지적한다.[34][35][36] 빠른 폭주 이동 대신, 성운 조건은 토성의 느린 이동과 2:1 평균 운동 공명에서의 포획으로 이어질 수 있다.[34][35][36] 2:1 평균 운동 공명에서의 포획은 일반적으로 이동 방향을 바꾸지 않지만, 특정 성운 구성에서는 바깥쪽 이동이 일어날 수 있다.[37] 그러나 이러한 구성은 목성과 토성의 궤도 이심률을 실제 값보다 2~3배 크게 만드는 경향이 있다.[37][38] 또한 가스의 온도와 점성으로 인해 토성이 더 깊은 갭을 생성할 수 있다면, 그 결과로 발생하는 순 토크가 다시 음수가 되어 시스템의 안쪽 이동을 초래할 수 있다.[34]

그랜드 택 가설 시나리오는 목성과 토성 모두에서 진행 중인 가스 강착을 무시한다.[39] 바깥쪽 이동을 유도하고 행성을 현재 궤도 근처로 이동시키기 위해 태양 성운은 두 행성의 궤도 주변에 충분한 가스 저장소를 포함해야 했다. 그러나 이 가스는 강착의 원천을 제공하여 목성과 토성의 성장과 질량비에 영향을 미칠 것이다.[34] 3:2 평균 운동 공명에서의 포획에 필요한 성운 밀도 유형은 두 행성의 생존에 특히 위험할 수 있는데, 이는 상당한 질량 성장과 그에 따른 행성-행성 산란으로 이어질 수 있기 때문이다. 2:1 평균 운동 공명 시스템으로 이어지는 조건 또한 행성을 위험에 빠뜨릴 수 있다.[40]

5. 대안 가설

화성의 작은 질량과 소행성대의 특징, 그리고 가까운 궤도를 도는 슈퍼지구의 부재와 수성의 작은 질량을 설명하기 위해 여러 대안 가설들이 제시되었다.
화성 및 소행성대 관련 가설


  • 낮은 발생 확률: 작은 화성은 전체 태양계 내부에 소행성이 분포하는 시뮬레이션에서 드물게 발생한다.[41][42][43]
  • 물질 분포 변화: 소행성 형성 전 고체 물질의 안쪽 이동으로 화성 지역이 비워졌을 수 있다.[44][45]
  • 거대 행성 불안정성: 니스 모형에서 설명한 거대 행성 불안정성이 초기에 발생하여 화성 지역의 질량을 제거했을 수 있다.[46][47]
  • 조약돌 강착 효율 감소: 원시 행성과 미행성체가 조약돌 강착으로 성장할 때, 태양으로부터 멀어질수록 효율이 감소하여 화성이 작게 남았을 수 있다.[48][49]
  • 미행성체 수렴적 이동: 가스 원반 내 미행성체의 수렴적 이동이 1 AU에서 발생, 이 거리 근처에서만 지구형 행성이 형성되고 화성은 고립되었을 수 있다.[50]
  • 세속 공명: 가스 원반 소멸 중 세속 공명이 궤도 경사 및 이심률을 자극, 충돌이 파편화를 유발했을 수 있다.[51]
  • 초기 소행성대: 소행성대 지역이 처음에 비어있었다면, 목성과 토성의 가스 강착 동안 안쪽으로 흩어진 얼음 소행성체[52]와 지구형 행성 형성에 의해 바깥쪽으로 흩어진 돌 소행성체로 채워졌을 수 있다.[53][54]
  • 물 공급: 안쪽으로 흩어진 얼음 소행성체가 지구형 행성 지역에 물을 공급했을 수 있다.[55]
  • 목성, 토성 공명 궤도: 니스 모형 불안정성 전 목성과 토성의 공명 궤도가 혼돈 상태였다면 세속 공명이 소행성 궤도를 자극했을 수 있다.[56][57]
  • 거대 행성 궤도 불안정성: 거대 행성 궤도 불안정성 동안 소행성 이심률과 경사가 자극, 수십만 년 지속 시 현재 수준에 도달할 수 있다.[58]
  • 중력 상호작용: 초기 무거운 소행성대에서 소행성과 행성 배아 간 중력 상호작용으로 궤도 변화 및 질량 손실(99% 이상)이 발생했을 수 있다.[59]
  • 가스 원반 소멸: 가스 원반 소멸 중 세속 공명이 소행성 궤도를 자극, 가스 저항으로 소행성이 태양으로 낙하하며 제거되었을 수 있다.[60]

슈퍼지구 부재 및 수성 관련 가설

  • 목성 핵 이동: 목성 핵이 태양 가까이 형성 후 바깥쪽으로 이동, 금성 궤도 안쪽을 고갈시켰을 수 있다.[61][25]
  • 원반풍: 원반풍으로 진화하는 원시 행성 원반에서 행성 미행성체가 합쳐지기 전 바깥쪽으로 이동, 수성 궤도 내 행성 부재를 야기했을 수 있다.[62][63]
  • 미행성체 수렴적 이동: 가스 원반 내 미행성체의 수렴적 이동이 1 AU에서 발생, 이 거리에 큰 지구형 행성이 형성되고 수성은 고립되었을 수 있다.[50]
  • 초기 행성 파괴: 초기 내부 행성들이 불안정성으로 인한 충돌로 파괴, 포인팅-로버트슨 항력으로 소실되었을 수 있다.[64][65]
  • 미행성체 형성 조건: 초기 미행성체 원반 내부가 규산염 응축선에 위치,[66] 수성 궤도 안쪽 미행성체 형성은 항성 자기장과 원반 회전 정렬 및 가스 고갈 필요.[67][68]
  • 조약돌 강착: 슈퍼지구 형성은 더 높은 플럭스의 안쪽 이동 조약돌을 필요로 했을 수 있다.[69]
  • 미행성체 침식: 0.6 AU 안쪽 원시 행성 원반 미행성체는 순풍으로 침식되었을 수 있다.[70]
  • 물질 고갈: 물질이 크게 고갈된 초기 태양계에서 작은 행성 형성 후 초기 불안정성으로 소실/파괴, 수성만 남았거나 수성만 형성되었을 수 있다.[71][72]

5. 1. 화성 및 소행성대 관련

목성의 내향 이동은 물질 분포를 변화시켜[13] 소행성들을 안쪽으로 이동시키고, 1.0 au 안쪽에 다양한 물질이 혼합된 좁고 밀도 높은 띠를 형성하여 화성 지역을 대체로 비어 있게 만든다.[14][15] 이로 인해 좁은 띠 안에서 행성 원시체들이 빠르게 형성된다. 이 원시체들 대부분은 충돌하고 합쳐져 6천만 년에서 1억 3천만 년에 걸쳐 더 큰 지구형 행성(금성 및 지구)을 형성한다.[16] 다른 원시체들은 이 띠 밖으로 흩어져 성장이 늦어지면서 낮은 질량의 지구형 행성인 화성 및 수성을 형성한다.[17]

목성과 토성의 이동은 대부분의 소행성을 초기 궤도에서 밀어내며, 목성의 원래 위치 안팎에서 유래한 흥분된 잔해를 남긴다. 목성 이동 이전에는 주변 지역에 태양으로부터의 거리에 따라 구성이 다른 소행성이 존재했다.[18] 암석 소행성은 내부 지역을 지배했고, 더 원시적이고 얼음이 많은 소행성은 얼음선 너머 외부 지역을 지배했다.[19] 목성과 토성이 안쪽으로 이동하면서 내부 소행성의 약 15%가 토성 너머 궤도로 흩어진다.[2] 방향을 바꾼 후, 목성과 토성은 이 물체들을 다시 안쪽으로 흩뿌려 원래 개체수의 약 0.5%를 안정적인 궤도로 되돌린다.[10] 나중에 목성과 토성이 외부 지역으로 이동하면서 원시 소행성의 약 0.5%가 외부 소행성대에 있는 궤도로 흩어진다.[10] 목성과 토성과의 만남은 포획된 많은 소행성에 큰 궤도 이심률과 궤도 경사를 남긴다.[15] 이는 니스 모형에서 설명된 거대 행성 불안정 기간 동안 감소될 수 있으며, 궤도 이심률 분포가 현재 소행성대의 분포와 유사하게 된다.[20] 일부 얼음 소행성은 지구형 행성이 형성된 지역을 가로지르는 궤도에 남아, 얼음 소행성이 충돌할 때 물이 강착 행성에 전달될 수 있도록 한다.[21][22]

화성의 작은 질량을 설명하기 위해 초기 태양계의 물질 분포, 거대 행성 불안정성, 페블 강착 등 다양한 가설이 제시되었다. 소행성대의 형성과 관련해서는 초기 소행성대의 질량, 거대 행성 불안정성, 세속 공명 등의 요인을 고려한 가설들이 있다.

5. 2. 슈퍼 지구 부재 관련

태양계에 슈퍼 지구가 없는 이유에 대해서는 여러 가설이 제시되고 있다.

  • 목성의 초기 위치: 목성의 핵이 태양 가까이에서 형성된 후 바깥쪽으로 이동하면서 금성 궤도 안쪽 영역을 고갈시켰을 수 있다.[61][25]
  • 원반풍: 원시 행성 원반에서 발생한 원반풍으로 인해 행성 미행성체가 바깥쪽으로 이동하여 수성 궤도 내에 행성이 없는 태양계가 만들어졌을 수 있다.[62][63]
  • 미행성체 형성 조건: 미행성체 형성이 초기에만 발생했다면, 미행성체 원반의 내부는 규산염 응축선에 위치해 있었을 수 있다.[66] 또한, 수성 궤도보다 가까운 곳에서 미행성체가 형성되려면 항성의 자기장이 원반 회전과 정렬되어 가스 고갈을 가능하게 해야 했을 수 있다.[67][68]
  • 초기 행성 파괴: 초기의 내부 행성들은 불안정성으로 인한 치명적인 충돌로 파괴되어 포인팅-로버트슨 항력으로 인해 손실될 정도로 작게 분쇄되었을 수 있다.[64][65]
  • 조약돌 강착: 슈퍼 지구 형성은 초기 태양계에서 발생한 것보다 더 높은 플럭스의 안쪽으로 이동하는 조약돌이 필요했을 수 있다.[69]


목성이 안쪽으로 이동하면서 미행성체들을 평균 운동 공명에 포획했고, 이로 인해 발생한 충돌 연쇄 반응으로 미행성체들이 파괴되어 태양으로 이동했을 수 있다. 이 과정에서 초기 태양계에 존재했던 슈퍼 지구들도 파편들과 함께 태양으로 끌려 들어갔을 가능성이 있다.[23][24] 현재의 지구형 행성들은 목성이 방향을 바꾼 후 남은 미행성체들로부터 형성되었다.[24]

참조

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