Метеоры, которые разбились о Землю, уже давно считаются реликвиями ранней Солнечной системы. Эти скалистые куски металла и породы покрыты хондрами - крошечными, стеклянными, сферическими зернами, которые когда-то были расплавленными каплями. Ученые полагают, что хондры представляют собой ранние ядра земных планет. Когда солнечная система начала сливаться, эти расплавленные капли столкнулись с кусочками газа и пыли, образуя более крупные планетарные прототипы. Тем не менее, исследователи обнаружили, что хондры, возможно, играли менее фундаментальную роль. На основе компьютерного моделирования группа пришла к выводу, что хондры были не строительными элементами, а скорее побочными продуктами сложного планетарного процесса.
Команда обнаружила, что тела размером с Луну, вероятно, существовали задолго до появления хондрулей. На самом деле, исследователи обнаружили, что хондры, скорее всего, были созданы при столкновении таких планетарных эмбрионов размером с Луну. Эти тела разбились с такой силой, что они расплавили часть своего материала и выстрелили расплавленным шлейфом в солнечную туманность. Остаточные капли со временем остынут и образуют хондры, которые, в свою очередь, будут прикреплены к более крупным телам, некоторые из которых, в конечном счете, ударят по Земле, и будут сохранены в виде метеоритов.
Это говорит нам о том, что метеориты на самом деле не являются репрезентативными материалами, из которых образовались планеты, а представляют собой те небольшие фракции материала, которые являются побочным продуктом образования планеты. Ранняя солнечная система была более жестокой, чем мы ожидали.
Высокоскоростная расплавленная порода
Чтобы лучше понять роль хондрулей в зарождающейся Солнечной системе, исследователи сначала смоделировали столкновения между протопланетами - скалистыми телами размером с астероид и Луну. Группа смоделировала все возможные виды воздействий, которые могут произойти на ранних стадиях развития Солнечной системы, включая их местоположение, сроки, размеры и скорость. Они обнаружили, что тела размером с Луну формировались относительно быстро, в течение первых 10 000 лет, до того момента, который принято считать появлением хондр.
Затем использовали другую модель для определения типа столкновения, которое может расплавиться и выбросить расплавленный материал. На основе этих симуляций определили, что столкновение со скоростью 2,5 км/с было бы достаточно сильным для образования шлейфа расплава, который выбрасывается в космос – явление, известное как «ударная струя».
После столкновения двух тел, очень небольшое количество материала подвергается воздействиям до высокой температуры, до такой степени, что оно может расплавиться. Потом этот очень горячий материал вырывается из точки столкновения.
Затем группа оценила количество столкновений с реактивными двигателями, которые, вероятно, произошли в первые 5 миллионов лет существования Солнечной системы - период времени, в течение которого, как полагают, впервые появились хондры. На основании этих фактов команда пришла к выводу, что в результате таких столкновений в районе пояса астероидов образовалось бы достаточно хондрул, чтобы объяснить количество обнаруженных сегодня в метеоритах.
Все встало на свои места
Чтобы сделать еще один шаг вперед, исследователи провели третье моделирование для расчета скорости охлаждения хондрулей. Предыдущие эксперименты в лаборатории показали, что хондры охлаждаются со скоростью от 10 до 1000 кельвинов в час, что приводит к образованию текстуры хондрулей, встречающихся в метеоритах. Джонсон и его коллеги использовали модель радиационного переноса для моделирования условий удара, необходимых для получения такой скорости охлаждения. Они обнаружили, что тела, сталкивающиеся со скоростью 2,5 км/с, действительно производят расплавленные капли, которые, выбрасываясь в космос, охлаждаются до 10-1000 кельвинов в час.
"Затем у меня был момент "Эврика!", когда я понял, что реакция во время этих действительно больших ударов может объяснить образование хондрулей," - говорит Джонсон. "Все встало на свои места."
В будущем группа Джонсона планирует изучить последствия других видов ударов. До сих пор группа смоделировала вертикальные удары - тела, сталкивающиеся прямо. Джонсон прогнозирует, что наклонное воздействие или столкновения, происходящие под углом, могут быть еще более эффективными при производстве расплавленных шлейфов хондрулей. Он также надеется изучить, что произойдет с хондрами, когда они попадут в солнечную туманность.
Хондрули долгое время рассматривались как планетарные строительные блоки. Как ни парадоксально, но сейчас они кажутся остатками ранних протопланетных столкновений.