Teorijas par asteroīdu un komētu veidošanos
Asteroīdi un komētas ir divu veidu mazi debess ķermeņi, kas jau sen ir interesējuši astronomus. Tos bieži dēvē par Saules sistēmas veidošanās "pārpalikumiem", jo tie izveidojās ļoti agri Saulē, un planētas tikai sāka veidoties. Lai gan abi ir daudz mazāki par planētām, asteroīdi un komētas, tuvojoties Saulei, ievērojami atšķiras pēc sava sastāva, atrašanās vietas un uzvedības. Asteroīdi parasti ir akmeņaini vai metāliem bagāti un galvenokārt atrodami asteroīdu joslā starp Marsu un Jupiteru, savukārt komētas ir bagātas ar ledu un putekļiem un parasti rodas Saules sistēmas tālajās malās . Šajā rakstā tiek aplūkotas vadošās teorijas par to, kā veidojās asteroīdi un komētas, sākot no planetesimāla veidošanās pamatprocesiem līdz gāzes giganta gravitācijas lomai un agrīnās Saules sistēmas dinamikai.
Fons: Saules miglājs un mazu objektu rašanās
Visplašāk pieņemtā Saules sistēmas izcelsmes teorija ir Saules miglāja teorija. Apmēram pirms 4,6 miljardiem gadu milzīgs gāzes un putekļu mākonis gravitācijas ietekmē sabruka, veidojot rotējošu disku, ko sauc par protoplanetāro disku. Diska centrā matērija koncentrējās, veidojot Sauli. Uz āru mikroskopiskas putekļu daļiņas sāka sadurties un elektrostatisko spēku ietekmē salipt kopā, veidojot lielākus graudus. Šis process turpinājās oļos, laukakmeņos un pēc tam kilometru lielos objektos, ko sauc par planetesimāliem. Asteroīdi un komētas būtībā ir planetesimāļi, kas nekad pilnībā nesaplūda planētās.
Tomēr detaļas par to, kā putekļi varētu "pārlēkt" no maziem uz lieliem planetesimāliem, ir būtisks jautājums mūsdienu astronomijā. Viena pārliecinoša ideja ir plūsmas nestabilitāte — stāvoklis, kad blīvas daļiņas ir koncentrētas diska gāzes plūsmā, izraisot lokālās gravitācijas sabrukšanu planetesimālos relatīvi ātri. Šis mehānisms veido mazu objektu sākotnējo populāciju, kas vēlāk attīstās par asteroīdiem un komētām.
Asteroīdu veidošanās teorijas : planētu veidošanās paliekas un Jupitera ietekme
Asteroīdi parasti ir atrodami galvenajā asteroīdu joslā starp Marsu un Jupiteru. Kāpēc šī teritorija nekļuva par planētām? Klasiskā teorija liecina, ka šajā reģionā blīvam materiālam vajadzēja veidot mazas planētas, taču akrācijas procesu izjauca Jupitera gravitācijas traucējumi.
1) "Neveiksmīgo planētu" teorija
Šajā teorijā asteroīdu josla tiek uzskatīta par planetesimālu kopumu, kas nekad nekļuva par planētām, jo:
– Jupitera gravitācijas rezonanse izraisa mazu objektu orbītu kustību, palielinot sadursmju ātrumu.
– Liela ātruma sadursmes mēdz iznīcināt objektus (fragmentācija), nevis tos apvienot (akrēcija).
– Rezultātā izveidojās iežu un metālu fragmentu populācija, kas līdz pat mūsdienām saglabājusies kā asteroīdi.
Šo teoriju apstiprina fakts, ka dažas orbitālās rezonanses asteroīdu joslā veido "spraugas" (Kirkvudas spraugas), kas ir relatīvi tukšas zonas nestabilu orbītu dēļ.
2) Sadursmju evolūcijas teorija (sadursme un fragmentācija)
Mūsdienās redzamie asteroīdi nav identiski agrīnajiem planetesimāliem. Daudzi asteroīdi ir radušies lielu triecienu rezultātā, kas satricinājuši vecākus objektus. Asteroīdu joslā atrodas "asteroīdu saimes" - asteroīdu grupas ar līdzīgām orbītām un sastāvu, kas, domājams, ir cēlušies no viena, sabrūkoša mātes objekta. Šī teorija izskaidro, kāpēc ir tik daudz mazu asteroīdu un kāpēc to formas bieži ir neregulāras.
Sadursmes ir saistītas arī ar iekšējām atšķirībām. Daži lieli asteroīdi uzrāda sakaršanas un diferenciācijas pazīmes (veidojot kodolu un mantiju), kas, iespējams, ir saistītas ar īslaicīgu radioaktīvu sabrukšanu agrīnajā Saules sistēmā . Kad mātķermenis sabrūk, atlikušajiem fragmentiem var būt sastāva variācijas: daži ir "akmeņaināki", citi "metāliskāki".
3) Planētu migrācijas teorija (Nicas modelis un Grand Tack)
Pēdējās desmitgadēs veidošanās teorija un milzu planētu orbītu pārkārtošana ir kļuvusi ļoti svarīga. Divas bieži apspriestas idejas ir:
– Nicas modelis: apgalvo, ka milzu planētu orbītas agrīnajā vēsturē ir mainījušās. Šīs nobīdes varētu būt izkliedējušas mazus objektus, sajaucušas materiālu no iekšējā un ārējā reģiona un transportējušas objektus uz asteroīdu joslu.
– Grand Tack: liek domāt, ka Jupiters, iespējams, ir pārvietojies tuvāk Saulei un pēc tam atkāpies. Šī kustība varētu būt "iztukšojis" un pēc tam "piepildījis" asteroīdu joslu ar asteroīdu maisījumu no iekšējā (sausākā) un ārējā (bagātākā gaistošā materiāla) reģiona.
Migrācijas teorija palīdz izskaidrot, kāpēc asteroīdu joslā ir tik dažādi veidi: S tipa asteroīdi (akmeņaināki) dominē jostas iekšējā daļā, savukārt C tipa asteroīdi (bagātāki ar oglekli un gaistošām vielām) ir vairāk sastopami ārējā daļā.
Komētu veidošanās teorija: apledojuši objekti no Saules sistēmas aukstajiem reģioniem
Komētas atšķiras no asteroīdiem galvenokārt to sastāva dēļ: komētas ir bagātas ar ūdens ledu, oglekļa dioksīda ledu, oglekļa monoksīdu, metānu un putekļiem. Komētas kļūst aktīvas, tuvojoties Saulei, kad ledus sublimējas un veido komu un asti.
1) Veidošanās teorija ārpus "sniega līnijas"
Protoplanetārajā diskā ir svarīga robeža, ko sauc par sniega līniju — attālums no Saules, kur temperatūra ir pietiekami zema, lai ūdens un citi gaistošie savienojumi sasaltu. Aiz sniega līnijas materiālā, no kura veidojās planetesimāļi, bija daudz ledus, kā rezultātā veidojās ar ledu bagāti objekti — komētu priekšteči. Tāpēc komētas tiek uzskatītas par "sasalušām fosilijām", kas saglabā agrīnās Saules sistēmas ķīmisko sastāvu.
2) Komētu avoti: Kuipera josta un Orta mākonis
Parasti komētas iedala divās kategorijās, pamatojoties uz to orbitālo periodu:
– Tiek uzskatīts, ka īsperioda komētas (parasti <200 gadi) rodas Koipera joslā un izkliedēto disku reģionos aiz Neptūna. Neptūns var gravitācijas ietekmē izjaukt Koipera joslas objektus, kā rezultātā tie riņķo tuvāk Saulei.
– Tiek uzskatīts, ka ilga perioda komētas (tūkstošiem līdz miljoniem gadu vecas) rodas Orta mākonī — plašā, gandrīz sfēriskā ledus matērijas rezervuārā, kas apņem Saules sistēmu. Orta mākoņa objektus var “iemest” Saules sistēmas iekšējā daļā paisuma un bēguma traucējumi vai garām lidojošas zvaigznes.
Teorijas par Orta mākoņa veidošanos parasti ietver izkliedes procesu: agrīnajos laikos milzu planētas izmeta daudzus ar ledu bagātus planetesimālus ļoti tālās orbītās. Daži palika vāji saistīti ar Sauli un kļuva par Orta mākoni.
3) Trieciena un termiskās apstrādes loma
Lai gan komētas bieži tiek uzskatītas par “primitīvām”, arī tās piedzīvo evolūciju. Savos dzimtajos reģionos sadursmes starp ledus ķermeņiem turpina notikt, veidojot komētas kā porainus objektus (gruvešu kaudzes) vai jauktus laukakmeņus. Turklāt, komētām atkārtoti tuvojoties Saulei, uz to virsmām var veidoties tumša putekļu garoza, kas paliek pāri pēc ledus sublimācijas. Galu galā komētas var zaudēt gaistošās vielas, kļūt neaktīvas un līdzināties asteroīdiem — šādus objektus dažreiz sauc par mirušām komētām.
Asteroīdu un komētu attiecības: robežas, kas ne vienmēr ir skaidras
Lai gan atšķirība starp abiem parasti ir skaidra, robeža starp asteroīdiem un komētām ne vienmēr ir absolūta. Ir tādi objekti kā aktīvi asteroīdi vai galvenās jostas komētas, objekti asteroīdu joslā, kas izrāda komētām līdzīgu aktivitāti. Tas rada vairākas iespējas:
– Dažu asteroīdu iekšpusē ir iesprostotas ledus paliekas.
– Aktivitāti izraisa triecieni, kas atver zemāk esošos slāņus.
– Citi procesi, piemēram, ātra rotācija, kas no virsmas izmet putekļus.
Šī parādība apstiprina ideju, ka agrīnā Saules sistēma bija materiālu sajaukums un ka “ieži” un “ledus” nebija pilnīgi atdalīti.
Secinājums
Teorijas par asteroīdu un komētu veidošanos sakņojas Saules sistēmas veidošanās procesā no Saules miglāja: putekļi un gāze veidoja planetesimālus, no kuriem daži vēlāk kļuva par planētām, bet citi palika kā mazāki ķermeņi. Asteroīdi tiek saprasti kā akmeņainas un metāliskas vielas paliekas, kuru akrāciju pārtrauca galvenokārt Jupitera gravitācijas ietekme un pārveidoja planētu sadursmes un migrācija. Komētas veidojās aukstajos reģionos aiz sniega līnijas, kas bija bagāti ar ledu un gaistošām vielām, un pēc tam nogulsnējās Koipera joslā un Orta mākonī, pirms dažas no tām iekļuva Saules sistēmas iekšienē. Mūsdienu pētījumi – sākot no teleskopu novērojumiem līdz kosmosa zonžu misijām – turpina bagātināt šīs teorijas un pierāda, ka agrīnās Saules sistēmas dinamika bija daudz sarežģītāka, pilna migrācijas un sajaukšanās, nekā iepriekš tika uzskatīts. Ja asteroīdi un komētas ir "kosmisks arhīvs", tad to izpratne nozīmē pārlasīt pirmās nodaļas par vides, kurā veidojās Zeme, vēsturi.
