Теорије о формирању астероида и комета
Астероиди и комете су две врсте малих небеских тела која су дуго била од интереса за астрономе. Често се називају „остацима“ од формирања Сунчевог система јер су се формирали веома рано на Сунцу, а планете су тек почињале да се формирају. Иако су оба много мања од планета, астероиди и комете се значајно разликују по свом саставу, локацији и понашању док се приближавају Сунцу. Астероиди су обично стеновити или богати металима и углавном се налазе у Астероидном појасу између Марса и Јупитера, док су комете богате ледом и прашином и генерално потичу са далеких обода Сунчевог система. Овај чланак испитује водеће теорије о томе како су се формирали астероиди и комете, од фундаменталних процеса формирања планетозимала до улоге гравитације гасних дивова и динамике раног Сунчевог система.
Позадина: Соларна маглина и рађање малих објеката
Најшире прихваћена теорија о пореклу Сунчевог система је Теорија о Сунчевој маглини. Пре око 4,6 милијарди година, џиновски облак гаса и прашине се урушио под дејством гравитације, формирајући ротирајући диск назван протопланетарни диск. У центру диска, материја се концентрисала и формирала Сунце. Споља, микроскопске честице прашине су почеле да се сударају и лепе једна за другу електростатичким силама, формирајући већа зрна. Овај процес се наставио у каменчиће, громаде, а затим и објекте величине километара који се називају планетезимали. Астероиди и комете су у суштини планетезимали који се никада нису у потпуности спојили у планете.
Међутим, детаљи о томе како прашина може да „скаче“ са малих на велике планетезимале су кључно питање у модерној астрономији. Једна убедљива идеја је нестабилност струјања, стање у којем су густе честице концентрисане у струји гаса диска, што узрокује да се локална гравитација релативно брзо уруши у планетезимале. Овај механизам формира почетну популацију малих објеката који касније еволуирају у астероиде и комете.
Теорије о формирању астероида: остаци формирања планета и утицај Јупитера
Астероиди се генерално налазе у Главном астероидном појасу између Марса и Јупитера. Зашто се ово подручје није претворило у планете? Класична теорија сугерише да је у овом региону густи материјал требало да формира мале планете, али је процес акреције био поремећен Јупитеровом гравитационом интерференцијом.
1) Теорија „неуспелих планета“
У овој теорији, астероидни појас се сматра скупом планетезимала који никада нису постали планете јер:
– Јупитерова гравитациона резонанца помера орбите малих објеката, повећавајући брзину судара.
– Судари великом брзином имају тенденцију да униште објекте (фрагментација), уместо да их уједине (акреција).
– Као резултат тога, формирана је популација фрагмената стена и метала која је до данас опстала као астероиди.
Ову теорију поткрепљује чињеница да неке орбиталне резонанције у астероидном појасу формирају „празнине“ (Кирквудове празнине), које су релативно празна подручја због нестабилних орбита.
2) Теорија колизионе еволуције (судар и фрагментација)
Астероиди које данас видимо нису идентични раним планетималима. Многи астероиди су резултат великих удара који су разбили старије објекте. Унутар астероидног појаса налазе се „породице астероида“, групе астероида са сличним орбитама и саставима, за које се сматра да су потекле од једног, распадајућег матичног тела. Ова теорија објашњава зашто постоји толико малих астероида и зашто су њихови облици често неправилни.
Судари су такође повезани са унутрашњим разликама. Неки велики астероиди показују знаке загревања и диференцијације (формирања језгра и плашта), вероватно због краткотрајног радиоактивног распада у раном Сунчевом систему. Када се матично тело распадне, преостали фрагменти могу показивати варијације у саставу: неки су више „стеновити“, други више „метални“.
3) Теорија планетарне миграције (Нисин модел и Гранд Так)
Последњих деценија, теорије о формирању и реорганизацији орбита џиновских планета постају све важније. Две често дискутоване идеје су:
– Ницин модел: наводи да су џиновске планете претрпеле орбиталне промене у својој раној историји. Ове промене су могле расејати мале објекте, помешати материјал из унутрашњих и спољашњих региона и транспортовати објекте у астероидни појас.
– Гранд Так: сугерише да се Јупитер можда приближио Сунцу, а затим се вратио. Ово кретање је могло да „испразни“, а затим „поново напуни“ астероидни појас мешавином астероида из унутрашњих (сувљих) и спољашњих (богатијих испарљивим материјама) региона.
Теорија миграције помаже да се објасни зашто астероидни појас има тако разнолике типове: астероиди S-типа (стеновитији) доминирају у унутрашњем делу појаса, док су астероиди C-типа (богатији угљеником и испарљивим материјама) заступљенији у спољашњем делу.
Теорија формирања комета: ледени објекти из хладних региона Сунчевог система
Комете се разликују од астероида првенствено због свог састава: комете су богате воденим ледом, угљен-диоксидом, угљен-моноксидом, метаном и прашином. Комете постају активне како се приближавају Сунцу, када лед сублимира и формира кому и реп.
1) Теорија формирања ван „снежне линије“
Унутар протопланетарног диска налази се кључна граница која се назива снежна линија, удаљеност од Сунца где су температуре довољно ниске да се вода и друге испарљиве материје замрзну. Иза снежне линије, материјал од којег су се формирали планетезимали садржао је обиље леда, што је резултирало формирањем објеката богатих ледом – претеча комета. Стога се комете сматрају „замрзнутим фосилима“ који чувају хемијски запис раног Сунчевог система.
2) Извори комета: Кајперов појас и Ортов облак
Генерално, комете се деле на две групе на основу њиховог орбиталног периода:
– Верује се да краткопериодични комети (генерално <200 година) потичу из Кајперовог појаса и региона расејаног диска иза Нептуна. Објекти Кајперовог појаса могу бити гравитационо поремећени Нептуном, а затим ући у орбите које их приближавају Сунцу. - Верује се да дугопериодични комети (хиљаде до милионе година) потичу из Ортовог облака, веома удаљеног, скоро сферног резервоара ледених тела који окружују Сунчев систем. Објекти у Ортовом облаку могу бити „бачени“ у унутрашњи Сунчев систем плимским поремећајима или проласком звезда. Теорије о формирању Ортовог облака генерално укључују процес расејања: у раним данима, џиновске планете су избацивале многе планетезимале богате ледом у веома удаљене орбите. Неки су остали лабаво везани за Сунце и постали су Ортов облак.
3) Улога судара и термичке обраде Иако се комете често сматрају „примитивним“, оне су такође еволуирале. У својим матичним регионима, судари између ледених тела се и даље дешавају, формирајући комете као порозне објекте (гомиле шута) или мешовите громаде. Штавише, како се комете више пута приближавају Сунцу, њихове површине могу развити тамне коре од прашине која остаје након сублимације леда. На крају, комете могу изгубити своје испарљиве материје, постати неактивне и подсећати на астероиде – такви објекти се понекад називају мртве комете. Однос између астероида и комета: граница која није увек јасна Иако је разлика између њих двоје генерално јасна, граница између астероида и комета није увек апсолутна. Постоје објекти попут активних астероида или комета главног појаса, тела у астероидном појасу која показују активност сличну кометама. Ово отвара неколико могућности: - Заробљени лед остаје унутар одређених астероида. - Активност изазвана сударима који отварају доње слојеве. - Други процеси попут брзе ротације који избацују прашину са површине. Ови феномени подржавају идеју да је рани Сунчев систем био мешавина материјала и да „стена“ и „лед“ нису били потпуно раздвојени. Закључак Теорије о формирању астероида и комета утемељене су у формирању Сунчевог система из соларне маглине: прашина и гас формирали су планетезимале, од којих су неки касније постали планете, док су други остали као мања тела. Астероиди се схватају као остаци стеновитог и металног материјала чија је акреција поремећена, првенствено Јупитеровим гравитационим утицајем, и преобликована планетарним сударима и миграцијом. Комете су се формирале у хладним регионима иза снежне линије, богатим ледом и испарљивим материјама, а затим су таложене у Кајперовом појасу и Ортовом облаку пре него што су неке ушле у унутрашњи Сунчев систем. Модерна истраживања - од телескопских посматрања до мисија свемирских сонди - настављају да обогаћују ове теорије и показују да је динамика раног Сунчевог система била далеко сложенија, пуна миграције и мешања, него што се раније замишљало. Ако су астероиди и комете „космичка архива“, онда њихово разумевање значи поновно читање првих поглавља историје окружења у којем је Земља формирана.