Мартин Шилер и Мартин Бизаро от Копенхагенския университет и Вера Асис Фернандес от Природонаучния музей в Берлин предложиха нов модел за Слънчевата система, който да обясни разликите в изотопния състав на планетите. Авторите отхвърлят предположението, че големите и малките предмети растат едновременно, но с различни темпове, и смятат, че растежът на малките тела е приключил по-рано от големите.
Почти всички експерти днес вярват, че Слънцето и планетите са били формирани от един единствен протопланетен облак. 99,9% от масата на този диск падна върху светилото. Когато слънцето избухна, слънчевият вятър изхвърли лекия водород и хелий от непосредствената близост до звездата, така че газовите гиганти вече са извън орбитата на Марс.
Под лъчите на млада звезда протопланетарният прах беше спечен в гранули, наречени хондрули. Прилепвайки заедно, тези гранули образували малки камъни - хондрити. Между другото, именно този „строителен отпадък“е 90% от метеоритите, открити на Земята.
Постепенно хондритите се слепват в по-големи и по-големи тела - планетесимали. Гравитацията им осигурява приток на свеж материал и тези „ембриони“растат, докато най-големите от тях не станат планети, а останалите - астероиди. Когато запасите от космически прах в протопланетарния диск бяха изчерпани, растежът на телата в Слънчевата система приключи.
Класическата теория предполага, че всички тела в Слънчевата система растат по едно и също време, но с различни темпове. Колкото по-масивно е тялото, толкова по-мощна е неговата гравитация и повече околна материя, която ще събира, в резултат на това, увеличавайки още повече размера си. Това е принципът на снежната топка или, научно, положителна обратна връзка. Този закон урежда растежа на градовете (хората предпочитат да ходят в мегаполиси, където има повече пари и възможности, което ги кара да растат още повече), разпространението на езиците (колкото повече хора знаят даден език, толкова повече стимули за изучаването му) и т.н.
Без да поставят под въпрос останалата част от теорията, Шилер и неговите колеги отхвърлят този модел на растеж. Според тях малките тела не са успели да растат, тъй като по-рано са приключили сцеплението на материала (както казват специалистите, акреция).
Както списанието Nature съобщава в преглед на работата, авторите са били вдъхновени от разликата в изотопния състав на различни тела в Слънчевата система. А именно, авторите са изследвали съотношението на калциеви изотопи 48Ca и 44Ca на Земята, Марс, Веста и в проби от редки видове метеорити: уреилити и ангрити.
Ако всички планети и астероиди са били формирани в един процес от един и същи космически прах, защо съотношението на тези изотопи е различно? Това обикновено се свързва с различни разстояния до Слънцето и съответно с различни температури.
Промоционално видео:
Авторите обаче открили, че съотношението на калциевите изотопи зависи от масата на небесното тяло. Масите на Земята, Марс и Веста са известни от астрономически наблюдения, а приблизителните маси от предмети, фрагментите от които са метеорити, са реконструирани от учените въз основа на свойствата на „небесните гости“.
Съотношението на изотопи 48 Ca / 44 Ca секунда се измерва с μ48Ca. Изчислява се, както следва: μ 48 Ca = (48 Ca / 44 Ca небесно тяло - 48 Ca / 44 Ca Земя) / (48 Ca / 44 Ca Земя). Поради факта, че разликите в изотопния състав са малки, μ 48 Ca се измерва в части на милион (ppm). По дефиниция за Земята μ 48 Са = 0, а за други тела тази стойност може да бъде както положителна, така и отрицателна.
Шилер и неговите колеги предположиха, че вътрешната част на протопланетарния диск, разположена във вътрешната орбита на Юпитер, има ниски µ 48 Ca стойности от около минус 150 ppm). Този материал беше достатъчен, за да може планетосемалите да нараснат до размера на тялото - родината на урейлите (200 километра в диаметър).
Тогава някои от тези тела спряха да растат. Тези, които продължиха да нарастват, увеличаваха масата си вече благодарение на външната част на диска с μ 48 Са около 200 ppm (стойност, типична за хондрити, образувани извън орбитата на Юпитер). Следователно, колкото по-дълго растежът продължи, толкова по-голяма беше крайната стойност на μ 48 Ca. Веста, спрян на диаметър 530 километра, има минус 100 ppm, Марс - минус 20 ppm, а Земята, както вече споменахме, е 0 ppm.
Каква беше обаче силата, която накара някои от тези тела да престанат да растат? Това може да бъде сложно гравитационно взаимодействие между "ембрионите на планетите", променяйки техните траектории. Настоящите планети със своите почти кръгли орбити лежат в равнината на протопланетарния диск, бродиха в най-богатите региони на зараждащата се система и следователно продължиха да нарастват. Губещите, обаче, изтласкани до удължени и може би лежащи в различна равнина на траекторията, останаха на гладна диета.
Заключението за различните възрасти на пробите се потвърждава и чрез датиране чрез съдържанието на радиоактивни изотопи.
Не може обаче да се каже, че новият модел няма проблеми. Например към нея има трудни въпроси във връзка с образуването на Луната. „Vesti. Nauka“(nauka.vesti.ru) разказа подробно за сблъсъка на Земята с Тея, който роди нашия сателит. Обикновено се смята, че Тея е била много по-малка от Земята, но от теорията на авторите следва, че две тела с една и съща маса са се сблъскали. Това не е в съответствие с някои известни факти.
Освен това има изследвания, които показват, че притокът на материя от външната част на протопланетарния диск е спрял още през първите милиони години от съществуването си поради образуването на Прото-Юпитер. Трудно е да се обясни състава на хондритите в рамките на модела на авторите.
Вероятно в пъзела, наречен "Формиране на слънчевата система", все още липсват няколко важни парчета, без които модел, който отговаря на всички въпроси, не може да бъде изграден.
Анатолий Глянцев