Kerige kosmilist kella paar miljardit aastat tagasi ja meie päikesesüsteem nägi välja palju teistsugune kui praegu. Umbes 4,5 miljardit aastat tagasi säras noor Päike samamoodi nagu praegu, kuigi oli veidi väiksem. Selle asemel, et olla ümbritsetud planeetidega, oli see ümbritsetud keerleva gaasi ja tolmu kettaga. Seda ketast nimetatakse protoplanetaarseks kettaks ja see on koht, kus planeedid lõpuks tekkisid.
Varase Päikesesüsteemi protoplanetaarses kettas, praeguse Marsi ja Jupiteri ning tänapäevase asteroidivöö vahel oli silmatorkav tühimik. Mis lõhe täpselt põhjustas, on mõistatus, kuid astronoomid arvavad, et see on märk planeedi teket juhtinud protsessidest.
Rühm teadlasi on avaldanud artikli, milles kirjeldatakse selle iidse lõhe avastamist. Juhtautor on Cauê Borlina, planeediteaduse doktor. Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) maa-, atmosfääri- ja planeediteaduste osakonna (EAPS) üliõpilane. Töö pealkiri on ' Paleomagnetilised tõendid ketta alamstruktuuri kohta varases päikesesüsteemis .” See on avaldatud ajakirjas Science Advances.
Tänu sellistele rajatistele nagu Atacama suur millimeetri/sub-millimeetri massiiv (ALMA) järgi saavad astronoomid paremini vaadata nooremaid päikesesüsteeme, millel on endiselt protoplanetaarsed kettad ja mis moodustavad endiselt planeete. Neil on sageli silmatorkavad lüngad ja rõngad, mis näitavad planeetide moodustumist. Kuid kuidas see kõik täpselt töötab, on endiselt mõistatus.
'Viimase kümnendi jooksul on vaatlused näidanud, et õõnsused, lüngad ja rõngad on teiste noorte tähtede ümber olevates ketastes tavalised,' ütleb Benjamin Weiss, uuringu kaasautor ja planeediteaduste professor MIT-i Maa-, atmosfääri- ja planetaarteaduste osakonnas. EAPS). 'Need on olulised, kuid halvasti mõistetavad allkirjad füüsikalistest protsessidest, mille käigus gaas ja tolm muutuvad nooreks päikeseks ja planeetideks.'
See ALMA pilt protoplanetaarsest kettast lähedal asuva noore tähe TW Hydrae ümber paljastab noorte ketaste rõngad ja tühimikud. Autor: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Tõendid meie enda Päikesesüsteemi protoplanetaarse ketta tühimiku kohta umbes 4,5 miljardit aastat tagasi pärinevad meteoriitide uurimisest.
Päikesesüsteemi magnetväljad avaldasid mõju meteoriitide struktuurile. Paleomagnetism kujundas protoplanetaarse ketta pisikesed kivimid, mida nimetatakse kondruliteks. Kondrid on sulanud või osaliselt sulanud ümmarguse kivimi tükid, mis on akreteerunud teatud tüüpi meteoriidile, mida nimetatakse kondriitideks. Ja kondriidid on ühed Päikesesüsteemi vanimad kivimid.
Kui kondrullid jahtusid, säilitasid nad tolleaegse magnetvälja rekordi. Need magnetväljad muutuvad aja jooksul protoplanetaarse ketta arenedes. Elektronide orientatsioon kondrulites on erinev olenevalt hetke magnetvälja iseloomust. Kollektiivselt räägivad kõik need kondrlid kõigis neis kondrites lugu.
See on kujutis kondriidist nimega NWA 869 (Loode-Aafrika 869), mis leiti Sahara kõrbest aastal 2000. Lõigatud pinnal on näha nii metalliterad kui ka kondrlid. Pildi krediit: H. Raab (kasutaja: Vesta) – oma töö, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=226918
Selles uuringus analüüsis rühm kahe Antarktikas avastatud süsiniku meteoriidi kondruleid. Nad kasutasid seadet nimega SQUID ehk Scanning superconducting Quantum Interference Device. KALMAAR on kõrge tundlikkusega kõrge eraldusvõimega magnetomeeter, mida kasutatakse geoloogiliste proovide jaoks. Meeskond kasutas SQUID-i, et määrata iga meteoriitide kondrelli iidne algne magnetväli.
Uuring põhineb ka nähtusel, mida nimetatakse isotoopne dihhotoomia . Maale on langenud kaks eraldi meteoriitide perekonda, millest igaühel on erinev isotoopkoostis, ning teadlased jõudsid järeldusele, et need kaks perekonda pidid olema tekkinud Päikesesüsteemi varases perioodis eri aegadel ja erinevates kohtades. Neid kahte tüüpi nimetatakse süsinikusisaldusega (CC) ja mittesüsinikuks (NC). CC meteoriidid sisaldavad tõenäoliselt materjali välisest päikesesüsteemist, samas kui NC meteoriidid sisaldavad tõenäoliselt materjali sisemisest päikesesüsteemist. Mõned meteoriidid sisaldavad mõlemaid isotoopseid sõrmejälgi, kuid see on väga haruldane.
Kaks meteoriiti, mida meeskond uuris, on mõlemad Päikesesüsteemi välisest CC tüüpi. Neid analüüsides leidsid nad, et kondrulitel oli tugevam magnetväli kui varem analüüsitud NC meteoriididel.
See on vastuolus sellega, mida astronoomid arvavad, et see juhtub noores päikesesüsteemis. Noore süsteemi arenedes eeldavad teadlased, et magnetväljad vähenevad Päikesest kaugenedes. Magnetilist tugevust saab mõõta ühikutes, mida nimetatakse mikroteslateks, ja CC-kondrullid näitasid umbes 100 mikrotesla suurust välja, samas kui NC-kondrullide tugevus oli vaid 50 mikroteslasi. Võrdluseks: Maa magnetväli on täna umbes 50 mikroteslat.
Magnetväli näitab, kuidas päikesesüsteem materjali kogub. Mida võimsam on väli, seda rohkem materjali suudab see sisse tõmmata. CC meteoriitide kondrulites ilmnevad tugevad magnetväljad näitavad, et Päikesesüsteemi välimine osa kogus rohkem materjali kui sisemine piirkond, mis ilmneb planeetide suurusest. Selle töö autorid jõudsid järeldusele, et see on tõend suure lõhe kohta, mis mingil moel takistas materjali voolamist sisemisse Päikesesüsteemi.
'Lünkad on protoplanetaarsetes süsteemides tavalised ja nüüd näitame, et see oli meie enda päikesesüsteemis,' ütleb Borlina. 'See annab vastuse sellele imelikule dihhotoomiale, mida me meteoriitides näeme, ja annab tõendeid selle kohta, et lüngad mõjutavad planeetide koostist.'
See kõik ühendatakse tugevateks tõenditeks suure, seletamatu lõhe kohta varases Päikesesüsteemis.
ALMA kõrge eraldusvõimega kujutised lähedalasuvatest protoplanetaarsetest ketastest, mis on Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) tulemused. Autorid: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews jt; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Jupiter on ülekaalukalt kõige massiivsem planeet, seega on see hea koht, et mõista, kuidas see kõik meie enda päikesesüsteemis välja mängis. Jupiteri kasvades võis selle võimas gravitatsioon oma rolli mängida. See oleks võinud pühkida gaasi ja tolmu Päikesesüsteemi sisemisest süsteemist eemale äärealade suunas, jättes arenevale kettale tühimiku selle ja Marsi vahele.
Teine võimalik seletus tuleneb kettalt endast. Varased kettad on kujundatud nende endi võimsate magnetväljade poolt. Kui need väljad üksteisega suhtlevad, võivad nad tekitada võimsaid tuuli, mis võivad materjali välja tõrjuda ja tekitada tühimiku. Jupiteri gravitatsioon ja protoplanetaari magnetväljad oleksid võinud selle tühimiku tekitamiseks kombineerida.
Kuid see, mis lõhe põhjustas, on vaid üks küsimus. Teine küsimus on, mis rolli see mängis? Kuidas on see aidanud kujundada kõike alates selle moodustamisest üle nelja miljardi aasta tagasi? Paberi kohaselt võis vahe ise toimida läbimatu tõkkena, mis takistas mõlemalt poolt materjali vastastikust mõju. Lõhe siseküljel on maapealsed planeedid ja tühimiku välisküljel gaasilised maailmad.
'Seda lõhet on üsna raske ületada ja planeet vajaks palju välist pöördemomenti ja hoogu,' ütles juhtivautor Cauê Borlina Pressiteade . 'See annab tõendeid selle kohta, et meie planeetide moodustumine piirdus varajases päikesesüsteemis teatud piirkondadega.'
Veel:
- Pressiteade: Teadlased leiavad tõendeid, et varases päikesesüsteemis oli lõhe oma sisemise ja välimise piirkonna vahel
- Avaldatud uurimustöö: Paleomagnetilised tõendid ketta alamstruktuuri kohta varases päikesesüsteemis
- Universum täna: Protoplanetaarsed kettad viskavad välja rohkem materjali, kui muudetakse planeetidena
