Asteroidide ja komeetide tekke teooriad
Asteroidid ja komeedid on kahte tüüpi väikeseid taevakehi, mis on astronoomidele pikka aega huvi pakkunud. Neid nimetatakse sageli Päikesesüsteemi tekke "jääkideks", kuna need tekkisid Päikeses väga varakult ja planeedid alles hakkasid moodustuma. Kuigi mõlemad on planeetidest palju väiksemad, erinevad asteroidid ja komeedid Päikesele lähenedes oma koostise, asukoha ja käitumise poolest märkimisväärselt. Asteroidid on tavaliselt kivised või metallirikkad ning neid leidub enamasti asteroidivöös Marsi ja Jupiteri vahel, komeedid aga on jää- ja tolmurikkad ning pärinevad üldiselt Päikesesüsteemi kaugematest äärealadest . See artikkel uurib juhtivaid teooriaid asteroidide ja komeetide tekke kohta, alates planetesimaalse moodustumise põhiprotsessidest kuni gaasigigandi gravitatsiooni rolli ja varajase Päikesesüsteemi dünaamikani.
Taust: Päikeseudukogu ja väikeste objektide sünd
Päikesesüsteemi tekke kõige laiemalt aktsepteeritud teooria on Päikeseudukogu teooria. Umbes 4,6 miljardit aastat tagasi varises gravitatsiooni mõjul kokku hiiglaslik gaasi- ja tolmupilv, moodustades pöörleva ketta, mida nimetatakse protoplanetaarseks kettaks. Ketta keskel kontsentreerus aine, moodustades Päikese. Väljastpoolt hakkasid mikroskoopilised tolmuosakesed kokku põrkama ja elektrostaatiliste jõudude abil kokku kleepuma, moodustades suuremaid teri. See protsess jätkus kivikesteks, rändrahnudeks ja seejärel kilomeetri suurusteks objektideks, mida nimetatakse planetesimaalideks. Asteroidid ja komeedid on sisuliselt planetesimaalid, mis ei ühinenud kunagi täielikult planeetideks.
Kuid detailid, kuidas tolm saaks väikestelt planetesimaalidelt suurtele "hüpata", on tänapäeva astronoomias võtmeküsimus. Üks kaalukas idee on voolav ebastabiilsus – seisund, kus tihedad osakesed on koondunud kettagaasivoolu, põhjustades kohaliku gravitatsiooni suhteliselt kiire kokkuvarisemise planetesimaalideks. See mehhanism moodustab esialgse väikeste objektide populatsiooni, mis hiljem arenevad asteroidideks ja komeetideks.
Asteroidide tekke teooriad : planeedi tekke jäänused ja Jupiteri mõju
Asteroide leidub üldiselt Marsi ja Jupiteri vahelises peamises asteroidivööndis. Miks sellest piirkonnast planeete ei tekkinud? Klassikaline teooria väidab, et selles piirkonnas pidi tihe aine moodustama väikesed planeedid, kuid Jupiteri gravitatsiooniline interferents häiris akretsiooniprotsessi.
1) „Ebaõnnestunud planeetide” teooria
Selles teoorias peetakse asteroidivööndit planetesimaalide kogumiks, millest ei saanud kunagi planeete, sest:
– Jupiteri gravitatsiooniline resonants paneb väikeste objektide orbiite liikuma, suurendades kokkupõrgete kiirust.
– Kiired kokkupõrked kipuvad objekte pigem hävitama (killustumine), mitte ühendama (akretsioon).
– Selle tulemusel tekkis kivimi- ja metallikildude populatsioon, mis on asteroididena säilinud tänapäevani.
Seda teooriat toetab asjaolu, et mõned asteroidivöö orbitaalresonantsid moodustavad "tühikuid" (Kirkwoodi tühimikke), mis on ebastabiilsete orbiitide tõttu suhteliselt tühjad alad.
2) Kokkupõrke evolutsiooniteooria (kokkupõrge ja killustumine)
Tänapäeval nähtud asteroidid ei ole identsed varajaste planetesimaalidega. Paljud asteroidid on tekkinud suurte löökide tagajärjel, mis purustasid vanemaid objekte. Asteroidivöös asuvad "asteroidide perekonnad" – sarnase orbiidi ja koostisega asteroidide rühmad, mis arvatakse olevat põlvnenud ühest lagunevast emakehast. See teooria selgitab, miks on nii palju väikeseid asteroide ja miks nende kuju on sageli ebakorrapärane.
Kokkupõrkeid seostatakse ka sisemiste erinevustega. Mõned suured asteroidid näitavad kuumenemise ja diferentseerumise märke (moodustades südamiku ja vahevöö), mis on tõenäoliselt tingitud lühiajalisest radioaktiivsest lagunemisest varajases Päikesesüsteemis . Kui algne keha laguneb, võivad ülejäänud fragmendid koostiselt erineda: mõned on "kivisemad", teised "metallilisemad".
3) Planeetide migratsiooni teooria (Nice'i mudel ja Grand Tack)
Viimastel aastakümnetel moodustumisteooria ja hiidplaneetide orbiitide ümberkorraldamine on muutunud väga oluliseks. Kaks ideed, mida sageli arutatakse, on järgmised:
– Nice'i mudel: väidab, et hiidplaneetide orbiidil toimusid oma varases ajaloos muutused. Need nihked võisid hajutada väikeseid objekte, segada sise- ja välispiirkondade materjali ning transportida objekte asteroidivöösse.
– Grand Tack: viitab sellele, et Jupiter võis liikuda Päikesele lähemale ja seejärel tagasi. See liikumine võis asteroidivöö "tühjendada" ja seejärel "uuesti täita" asteroidide seguga sisemisest (kuivemast) ja välimisest (rikkamate lenduvate ühendite poolest) piirkonnast.
Migratsiooniteooria aitab selgitada, miks asteroidivöös on nii erinevaid tüüpe: S-tüüpi asteroidid (kivisemad) domineerivad vöö sisemises osas, samas kui C-tüüpi asteroide (süsiniku ja lenduvate ühendite poolest rikkamad) on rohkem välimises osas.
Komeetide tekke teooria: jäised objektid Päikesesüsteemi külmadest piirkondadest
Komeedid erinevad asteroididest peamiselt oma koostise poolest: komeedid on rikkad veejää, süsihappegaasijää, süsinikmonooksiidi, metaani ja tolmu poolest. Komeedid muutuvad aktiivseks Päikesele lähenedes, kui jää sublimeerub ning moodustab kooma ja saba.
1) Tekkimise teooria väljaspool "lumepiiri"
Protoplanetaarse ketta sees on oluline piir, mida nimetatakse lumepiiriks – see on kaugus Päikesest, kus temperatuur on piisavalt madal, et vesi ja muud lenduvad ained külmuksid. Lumepiirist kaugemal sisaldas materjal, millest planetesimaalid moodustusid, ohtralt jääd, mille tulemusel tekkisid jäärikkad objektid – komeetide eelkäijad. Seetõttu peetakse komeete „külmunud fossiilideks“, mis säilitavad varajase Päikesesüsteemi keemilist koostist.
2) Komeetide allikad: Kuiperi vöö ja Oorti pilv
Üldiselt jagatakse komeedid oma orbiidi perioodi järgi kahte tüüpi:
– Lühiperioodilised komeedid (üldiselt <200 aastat) arvatakse pärinevat Kuiperi vööst ja Neptuunist kaugemal asuvatest hajusketaste piirkondadest. Neptuun võib Kuiperi vöö objekte gravitatsiooniliselt häirida, mis viib need orbiitideni, mis viivad need Päikesele lähemale.
– Arvatakse, et pika perioodiga komeedid (tuhandete kuni miljonite aastate vanused) pärinevad Oorti pilvest, mis on tohutu, peaaegu sfääriline jäise aine reservuaar, mis ümbritseb Päikesesüsteemi. Oorti pilves olevad objektid võivad loodete tekitatud häiringute või mööduvate tähtede tõttu Päikesesüsteemi sisemisse ossa "paiskuda".
Oorti pilve tekke teooriad hõlmavad üldiselt hajumisprotsessi: algusaegadel paiskasid hiidplaneedid palju jäärikkaid planetesimaale väga kaugetele orbiitidele. Mõned jäid Päikesega lõdvalt seotuks ja moodustasid Oorti pilve.
3) Löögi ja termilise töötlemise roll
Kuigi komeete peetakse sageli "primitiivseteks", läbivad ka nemad evolutsiooni. Oma kodupiirkondades toimuvad jäiste kehade kokkupõrked jätkuvalt, moodustades komeete poorsete objektide (killustikuhunnikute) või segarahnudena. Lisaks, kui komeedid Päikesele korduvalt lähenevad, võib nende pinnale tekkida tume tolmukoorik, mis jääb alles pärast jää sublimatsiooni. Lõpuks võivad komeedid kaotada oma lenduvad ühendid, muutuda inaktiivseks ja meenutada asteroide – selliseid objekte nimetatakse mõnikord surnud komeetideks.
Asteroidide ja komeetide suhe: piirid, mis pole alati selged
Kuigi nende kahe vaheline piir on üldiselt selge, ei ole asteroidide ja komeetide vaheline piir alati absoluutne. On objekte, näiteks aktiivsed asteroidid või peamise vöö komeedid – asteroidivöös asuvad objektid, mis näitavad üles komeedilaadset aktiivsust. See tõstatab mitu võimalust:
– Teatud asteroidide sisse on jäänud jääjäänuseid.
– Aktiivsust käivitavad löögid, mis avavad aluskihte.
– Muud protsessid, näiteks kiire pöörlemine, mis paiskab pinnalt tolmu.
See nähtus toetab ideed, et varajane päikesesüsteem oli materjalide segu ning et „kivim” ja „jää” ei olnud täiesti eraldiseisvad.
Järeldus
Asteroidide ja komeetide tekke teooriad tulenevad Päikesesüsteemi tekkeprotsessist päikeseudukogust: tolm ja gaas moodustasid planetesimaale, millest mõned hiljem said planeetideks, teised aga jäid väiksemateks kehadeks. Asteroide peetakse kivise ja metallilise materjali jäänusteks, mille akumuleerumist häiris peamiselt Jupiteri gravitatsiooniline mõju ning mille kuju muutsid planeetide kokkupõrked ja ränne. Komeedid tekkisid lumepiirist kaugemal asuvates külmades piirkondades, mis olid rikkad jää ja lenduvate ühendite poolest, ning ladestusid seejärel Kuiperi vöösse ja Oorti pilve, enne kui mõned neist sisenesid Päikesesüsteemi sisemisse ossa. Kaasaegsed uuringud – teleskoopvaatlustest kosmosesondide missioonideni – rikastavad neid teooriaid jätkuvalt ja näitavad, et varajase Päikesesüsteemi dünaamika oli palju keerulisem, täis rännet ja segunemist, kui seni arvati. Kui asteroidid ja komeedid on „kosmiline arhiiv“, siis nende mõistmine tähendab Maa tekkekeskkonna ajaloo esimeste peatükkide uuesti lugemist.
