Астероидтар мен кометалардың пайда болуы туралы теориялар
Астероидтар мен кометалар - астрономдардың қызығушылығын тудырып келе жатқан екі түрлі кішкентай аспан денелері. Олар көбінесе Күн жүйесінің пайда болуынан қалған «қалған» деп аталады, себебі олар Күнде өте ерте пайда болған және планеталар енді ғана пайда бола бастаған. Екеуі де планеталардан әлдеқайда кіші болғанымен, астероидтар мен кометалар Күнге жақындаған кезде құрамы, орналасуы және мінез-құлқы бойынша айтарлықтай ерекшеленеді. Астероидтар тасты немесе металлға бай және негізінен Марс пен Юпитер арасындағы астероид белдеуінде кездеседі, ал кометалар мұз бен шаңға бай және әдетте Күн жүйесінің алыс шеттерінен пайда болады. Бұл мақалада астероидтар мен кометалар қалай пайда болғаны туралы жетекші теориялар, планетаның пайда болуының негізгі процестерінен бастап газ алыптарының гравитациясының рөліне және алғашқы Күн жүйесінің динамикасына дейін қарастырылады.
Анықтама: Күн тұмандығы және ұсақ заттардың пайда болуы
Күн жүйесінің пайда болуының ең кең таралған теориясы - Күн тұмандығы теориясы. Шамамен 4,6 миллиард жыл бұрын газ бен шаңның алып бұлты гравитациялық күш әсерінен құлап, протопланетарлық диск деп аталатын айналмалы дискіні құрады. Дискінің ортасында зат Күнді қалыптастыру үшін шоғырланған. Сыртқы микроскопиялық шаң бөлшектері электростатикалық күштер арқылы соқтығысып, бір-біріне жабысып, үлкенірек түйіршіктер түзе бастады. Бұл процесс малтатастарға, тастарға, содан кейін планетаезималдар деп аталатын километрлік өлшемді нысандарға дейін жалғасты. Астероидтар мен кометалар - бұл ешқашан планеталарға толықтай бірікпейтін планетаезималдар.
Дегенмен, шаңның кішкентай планеталық жұлдыздардан үлкен планеталық жұлдыздарға қалай «секіретіні» туралы мәліметтер қазіргі заманғы астрономияда өте маңызды сұрақ болып табылады. Бір маңызды идея - ағындық тұрақсыздық, бұл тығыз бөлшектер дискілік газ ағынында шоғырланған жағдай, бұл жергілікті гравитацияның планеталық жұлдыздарға салыстырмалы түрде тез ыдырауына әкеледі. Бұл механизм кейіннен астероидтар мен кометаларға айналатын шағын нысандардың бастапқы популяциясын құрайды.
Астероидтардың пайда болу теориялары: планеталардың пайда болуының қалдықтары және Юпитердің әсері
Астероидтар әдетте Марс пен Юпитер арасындағы негізгі астероид белдеуінде кездеседі. Неліктен бұл аймақ планеталарға айналмады? Классикалық теория бойынша, бұл аймақта тығыз материал шағын планеталарды қалыптастыруы керек еді, бірақ аккреция процесі Юпитердің гравитациялық интерференциясымен бұзылды.
1) «Сәтсіз планеталар» теориясы
Бұл теорияда астероид белдеуі ешқашан планетаға айналмаған планеталық-эсималдар жиынтығы болып саналады, себебі:
– Юпитердің гравитациялық резонансы ұсақ нысандардың орбиталарын қоздырып, соқтығысу жылдамдығын арттырады.
– Жоғары жылдамдықтағы соқтығысулар заттарды біріктірудің орнына (аккреция) оларды жоюға (фрагментацияға) бейім.
Нәтижесінде, бүгінгі күнге дейін астероидтар ретінде сақталған тау жыныстары мен металл сынықтарының популяциясы пайда болды.
Бұл теорияны астероид белдеуіндегі кейбір орбиталық резонанстар тұрақсыз орбиталарға байланысты салыстырмалы түрде бос аймақтар болып табылатын «саңылаулар» (Кирквуд саңылаулары) түзетіндігі растайды.
2) Соқтығысу эволюциясы теориясы (соқтығысу және фрагментация)
Бүгінде көріп жүрген астероидтар алғашқы планеталық астероидтармен бірдей емес. Көптеген астероидтар ескі нысандарды қиратқан үлкен соқтығысулардың нәтижесі. Астероидтық белдеудің ішінде «астероидтық отбасылар» - бір ғана ыдырайтын ата-аналық денеден шыққан деп есептелетін, орбиталары мен құрамы ұқсас астероидтар тобы орналасқан. Бұл теория неліктен соншама көп кішкентай астероидтардың бар екенін және олардың пішіндері көбінесе дұрыс емес екенін түсіндіреді.
Соқтығысулар ішкі айырмашылықтармен де байланысты. Кейбір ірі астероидтар қызу мен дифференциацияның (ядро мен мантияны қалыптастыру) белгілерін көрсетеді, бұл, мүмкін, ерте Күн жүйесіндегі қысқа мерзімді радиоактивті ыдырауға байланысты. Ата-аналық дене бөлінген кезде, қалған фрагменттер құрамдық өзгерістерді көрсетуі мүмкін: кейбіреулері «тасты», ал басқалары «металды».
3) Планетарлық миграция теориясы (Nice Model және Grand Tack)
Соңғы онжылдықтарда алып планета орбиталарының пайда болуы және қайта құрылуы туралы теориялар барған сайын маңызды бола бастады. Жиі талқыланатын екі идея:
– Ницца моделі: алып планеталардың алғашқы тарихында орбиталық өзгерістерге ұшырағанын айтады. Бұл өзгерістер ұсақ заттарды шашыратып, ішкі және сыртқы аймақтардан материалдарды араластырып, заттарды астероид белдеуіне тасымалдаған болуы мүмкін.
– Grand Tack: Юпитер Күнге жақындап, содан кейін кері шегінген болуы мүмкін деп болжайды. Бұл қозғалыс астероид белдеуін ішкі (құрғақ) және сыртқы (бай ұшқыш заттар) аймақтардан келген астероидтардың қоспасымен «босатып», содан кейін «қайта толтыруы» мүмкін еді.
Миграция теориясы астероид белдеуінің неліктен соншалықты әртүрлі түрлері бар екенін түсіндіруге көмектеседі: S-типті астероидтар (жартасты) белдеудің ішкі бөлігінде басым, ал С-типті астероидтар (көміртегі мен ұшпа заттарға бай) сыртқы бөлігінде көбірек кездеседі.
Кометалардың пайда болу теориясы: Күн жүйесінің суық аймақтарынан шыққан мұзды нысандар
Кометалар астероидтардан ең алдымен құрамымен ерекшеленеді: кометалар су мұзына, көмірқышқыл газы мұзына, көміртегі тотығына, метанға және шаңға бай. Кометалар Күнге жақындаған сайын, мұз сублимацияланып, кома мен құйрық түзген кезде белсенді бола бастайды.
1) «Қар сызығынан» тыс қалыптасу теориясы
Протопланетарлық дискінің ішінде қар сызығы деп аталатын маңызды шекара бар, бұл Күннен су мен басқа да ұшпа заттардың қатып қалуына жеткілікті төмен температурадағы қашықтық. Қар сызығынан тыс жерде планеталық денелер пайда болған материалда мұз көп болды, нәтижесінде мұзға бай заттар - кометалардың ізашарлары пайда болды. Сондықтан кометалар алғашқы Күн жүйесінің химиялық жазбаларын сақтайтын «мұздатылған қазбалар» болып саналады.
2) Кометалардың көздері: Койпер белдеуі және Оорт бұлты
Жалпы алғанда, кометалар орбита периодына байланысты екіге бөлінеді:
– Қысқа мерзімді кометалар (әдетте <200 жыл) Койпер белдеуінде және Нептуннан тыс шашыраңқы диск аймағында пайда болады деп есептеледі. Койпер белдеуіндегі нысандар Нептунның гравитациялық әсерінен қозғалып, содан кейін оларды Күнге жақындататын орбиталарға енуі мүмкін. – Ұзақ мерзімді кометалар (мыңдаған жылдан миллиондаған жылға дейін) Күн жүйесін қоршап тұрған мұзды денелердің өте алыс, сфералық дерлік қоймасы Оорт бұлтында пайда болады деп есептеледі. Оорт бұлтындағы нысандарды толқындардың бұзылуы немесе өтіп бара жатқан жұлдыздар арқылы ішкі Күн жүйесіне «лақтыруға» болады. Оорт бұлтының пайда болуы туралы теориялар әдетте шашыраңқы процесті қамтиды: алғашқы күндері алып планеталар көптеген мұзға бай планеталықтарды өте алыс орбиталарға лақтырды. Кейбіреулері Күнмен әлсіз байланыста қалып, Оорт бұлтына айналды.
3) Соқтығысулар мен термиялық өңдеудің рөлі Кометалар көбінесе «қарабайыр» деп саналғанымен, олар да эволюцияланған. Өздерінің табиғи аймақтарында мұзды денелер арасындағы соқтығысулар жалғасуда, олар кометаларды кеуекті заттар (үйінділер) немесе аралас тастар түрінде түзеді. Сонымен қатар, кометалар Күнге бірнеше рет жақындаған сайын, олардың беттерінде мұз сублимацияланғаннан кейін қалған шаңнан қара қабықтар пайда болуы мүмкін. Ақырында, кометалар ұшқыш заттарын жоғалтып, белсенді емес болып, астероидтарға ұқсауы мүмкін - мұндай нысандар кейде өлі кометалар деп аталады. Астероидтар мен кометалар арасындағы байланыс: әрқашан анық емес шекара Екеуінің арасындағы айырмашылық жалпы алғанда анық болғанымен, астероидтар мен кометалар арасындағы шекара әрқашан абсолютті емес. Белсенді астероидтар немесе негізгі белдеу кометасы сияқты нысандар бар, олар астероид белдеуіндегі комета тәрізді белсенділікті көрсетеді. Бұл бірнеше мүмкіндіктерді тудырады: - Тұтқындалған мұз белгілі бір астероидтардың ішінде қалады. - Астыңғы қабаттарды бұзатын соқтығысулардан туындайтын белсенділік. - Бетінен шаңды шығаратын жылдам айналу сияқты басқа процестер. Бұл құбылыстар алғашқы Күн жүйесінің материалдар қоспасы болғанын және «тас» пен «мұздың» толығымен бөлінбегенін растайды. Қорытынды Астероидтар мен кометалардың пайда болуы туралы теориялар Күн жүйесінің күн тұмандығынан пайда болуына негізделген: шаң мен газ планеталық денелерді түзді, олардың кейбіреулері кейінірек планеталарға айналды, ал басқалары кішірек денелер ретінде қалды. Астероидтар негізінен Юпитердің гравитациялық әсерімен аккрециясы бұзылған және планеталардың соқтығысуы мен миграциясы арқылы қайта пішінделген тасты және металл материалдардың қалдықтары деп түсініледі. Кометалар мұз бен ұшқыш заттарға бай қар сызығынан тыс суық аймақтарда пайда болды, содан кейін кейбіреулері ішкі Күн жүйесіне енбес бұрын Койпер белдеуі мен Оорт бұлтында шоғырланды. Қазіргі заманғы зерттеулер - телескоптық бақылаулардан бастап ғарыштық зонд миссияларына дейін - бұл теорияларды байыта береді және алғашқы Күн жүйесінің динамикасы бұрын елестетілгеннен әлдеқайда күрделі, миграция мен араласуға толы болғанын көрсетеді. Егер астероидтар мен кометалар «ғарыштық мұрағат» болса, онда оларды түсіну Жер пайда болған орта тарихының алғашқы тарауларын қайта оқуды білдіреді.