Астероиды могут быть побочным продуктом формирования планет, а не планетарными строительными блоками, согласно недавней статье в Nature.
Исследования, проведенные в Университете Пердью и Массачусетском технологическом институте, предполагают, что столкновения планетарных зародышей - зародышей планет в нашей Солнечной системе, существовавших 4 миллиарда лет назад, - могли быть источником материала, из которого образовались астероиды.
Когда часть астероида падает на Землю, это называется метеоритом. Более века ученые изучали крошечные бусинки затвердевшей расплавленной породы, называемые «хондрами», найденные в метеоритах, но происхождение этих зерен оставалось загадкой, сказал Джей Мелош, выдающийся профессор наук о Земле, атмосфере и планетах. в Purdue, который участвовал в исследовании.
"Понимание происхождения хондр подобно взгляду в замочную скважину двери; хотя мы не можем видеть всего, что происходит за дверью, это дает нам четкое представление об одной части комнаты и мельком в самое начало нашей Солнечной системы», - сказал Мелош, который также является профессором физики и аэрокосмической техники. «Мы обнаружили, что модель удара очень хорошо согласуется с тем, что мы знаем об этом уникальном материале и ранней Солнечной системе, и это говорит о том, что, вопреки нынешнему мнению среди экспертов по метеоритам, астероиды не являются остатками материала для строительства планет и комков. хондр не является необходимым условием для создания планеты."
Некоторые в этой области могут не тепло воспринять исследование, сказал Дэвид Минтон, доцент кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах в Purdue, который также принимал участие в исследовании.
«Долгое время считалось, что метеориты, содержащие хондры, похожи на строительные блоки планет», - сказал Минтон, изучающий формирование и миграцию планет, а также динамику и структуру малых тел.«Это исследование предполагает, что вместо этого хондры могут быть побочными продуктами столкновений между объектами более раннего поколения, а метеориты могут не отражать материал, из которого образовались планеты».
Модель удара для хондр также разрешает поразительное сходство, наблюдаемое между хондрами и материалами, образовавшимися в результате ударов о Землю и Луну, сказал Мелош.
«Хондры идентичны по размеру, форме и текстуре шарикам на Земле и шарикам, обнаруженным в лунном грунте», - сказал Мелош. «Единственная разница между хондрами, ударными шариками и частицами лунного грунта заключается в их химическом составе, который подходит, потому что они сделаны из разных исходных материалов от ударов о разные тела».
Ударные шарики - это маленькие капли затвердевшей расплавленной породы, обнаруженные в горных породах на Земле. Широко признано, что удары создали шарики, которые образовались из капель расплавленной породы в шлейфе обломков, выброшенных, когда большие астероиды врезались в Землю. По его словам, капли сконденсировались и затвердели, образовав шарики, которые затем упали обратно на поверхность, создав на Земле отчетливый слой.
Мелош является экспертом в области ударных кратеров, изучал сферулы и разработал методы определения размера и скорости ответственного астероида по характеристикам сферул и слоя сферы.
Метод создания хондр, предложенный командой, немного отличается и фокусируется на небольшой части обломков, выбрасываемых в самые ранние моменты удара, созданного процессом, называемым «струйным выбросом». Разбрызгивание происходит в начале удара, когда поверхности двух объектов встречаются. Камень, попавший в зазор между двумя сталкивающимися объектами, сжимается до высокого давления и сильно нагревается, что является причиной первоначальной яркой вспышки, наблюдаемой при лабораторных ударах. По словам Мелоша, тепла, создаваемого струей, достаточно, чтобы расплавить породу и создать капли в выброшенных обломках, которые могут стать хондрами.
Теории происхождения удара, предложенные в прошлом, были отклонены, потому что они не могли объяснить расплавленный материал, обнаруженный в хондрах, сказал он.
В ранней Солнечной системе скорость столкновения была намного ниже, чем сейчас. Планетарные зародыши были не больше земной Луны, и их столкновения были относительно мягкими и происходили со скоростью несколько километров в секунду. По его словам, по большей части удары на такой скорости разрывают камень на осколки, но не расплавляют его.
«Гидроструйная обработка позволяет низкоскоростному удару расплавить небольшое количество целевой породы», - сказал Мелош. «Расплавленный материал, а не разбитая порода, затем выбрасывается с высокой скоростью, так что расплавленные капли могут вырваться из своих родительских тел и улететь в космос, чтобы позже слиться вместе. Миллионы лет дополнительных ударов и других механизмов сжатия затем создали астероиды и метеориты, которые мы знаем сегодня."
Обломки, выбрасываемые на высокой скорости, избегают гравитационного притяжения планетарного зародыша, в то время как большая часть шлейфа обломков падает обратно на поверхность. Пыль и расплавленные капли быстро замедляются до относительно низких скоростей из-за небулярного газа в ранней Солнечной системе. По его словам, газ обеспечивает «мягкий захват» хондр, что позволяет им накапливаться в более мелкие тела, которые в конечном итоге становятся астероидами.
Хондрулы долгое время были загадочной особенностью метеоритов, и, если бы они не наблюдались в метеоритах, ученые, вероятно, никогда не предсказали бы их существование, сказал Минтон..
«Хондры невероятно многочисленны, и поэтому они, должно быть, говорят нам что-то важное о том, какими были условия в ранней Солнечной системе, когда формировались планеты», - сказал он. «Мы думаем, что столкновения были обычным явлением в ранней Солнечной системе, и что планеты образовались в результате столкновений между меньшими телами, поэтому ударная теория происхождения хондр хорошо согласуется с тем, что мы знаем о том, как формировались планеты».
Исследование возглавил Брэндон Джонсон, аспирант Мелоша, когда началось исследование, который сейчас является исследователем с докторской степенью в Массачусетском технологическом институте. Мария Зубер, E. A. Гризуолд, профессор геофизики и вице-президент по исследованиям Массачусетского технологического института, также является соавтором статьи.
Исследование, финансируемое НАСА, было сосредоточено на хондрах, обнаруженных в большинстве каменных метеоритов. Хондрит - это термин для метеоритов, содержащих хондры, и охватывает 92 процента всех метеоритов, согласно статистике, подготовленной Вашингтонским университетом в Сент-Луисе на основе данных из базы данных Meteoritical Bulletin..
Идея образования хондр при ударной струе не совсем нова, и в 1975 году было опубликовано исследование создания хондр в результате выброса частиц сантиметрового размера. Однако эта модель не смогла создать хондры, которые Джонсон сказал, что они охлаждаются с ожидаемой скоростью или имеют правильное содержание летучих веществ.
Идея формирования хондр путем выброса струи во время крупномасштабных ударов ранее не рассматривалась, потому что было неизвестно, могут ли удары образовывать капли расплава размером в миллиметры и иметь скорость охлаждения, аналогичную наблюдаемым хондрам, сказал он. Кроме того, считалось, что, поскольку струйный выброс затрагивает лишь небольшой процент массы сталкивающегося тела, он не сможет произвести обилие хондр, наблюдаемое в метеоритах.
«Хондрулы являются одними из самых ранних твердых тел Солнечной системы и явно содержат важную информацию об условиях в зарождающейся Солнечной системе», - сказал Джонсон. «Неудивительно, что эти загадочные частицы заинтриговали бесчисленное количество ученых на протяжении более века. То, что считалось недостающими частями теории удара, встало на свои места в этой модели».
Модель команды основана на более раннем исследовании ударных струй Джонсона, Мелоша и Тимоти Боулинга, аспиранта в области наук о Земле, атмосфере и планетах в Purdue.
Минтон создал компьютерную симуляцию, основанную на принятых гипотезах развития Солнечной системы, которая следует за формированием и ростом планет и оценивает местоположение, время, размеры и скорости столкновений, формирующих хондры. Он использовал симуляцию для моделирования ранней стадии формирования планет посредством накопления меньших тел, называемых планетезималями..
Команда также рассчитала скорость охлаждения хондр, вызванных ударами, и обнаружила, что они соответствуют медленному охлаждению, которое было определено на основе анализа текстур хондр в метеоритах, сказал Мелош.
Документ с подробным описанием их методов и результатов будет опубликован в ближайшем выпуске журнала Nature и будет доступен онлайн в четверг (15 января).
Следующим шагом в исследовании может быть изучение того, как этот механизм образования хондр вписывается в новую модель ранних стадий формирования планет, называемую «аккрецией гальки», в которой эффект сопротивления газа из протопланетной туманности важно, сказал Минтон.