Таинственный разлом в Солнечной системе: как появились планеты

Результаты исследования, опубликованного 15 октября в журнале Science Advances, дают основания предполагать, что таинственный разлом между внутренней и внешней областями Солнечной системы появился 4,567 млрд лет назад под влиянием молодого Юпитера или ветров. Именно он сформировал состав планет Солнечной системы.

Ученые Массачусетского университета совместно с коллегами из Оксфордского университета, а также Института перспективных исследований и факультета астрономии Университета Цинхуа провели исследование, в результате которого сделан вывод о существовании в протопланетном диске Солнечной системы разрыва, сформировавшегося 4,567 лет назад. Он и стал причиной появления молодых планет. Разрыв находился недалеко от того места, где сегодня располагается пояс астероидов.

Считается, что ранняя Солнечная система обладала «протопланетным диском», который состоял из пыли и газа. Вращаясь вокруг Солнца, он в конечном итоге сформировал планеты, которые мы знаем сегодня.

Один из авторов исследования – Бенджамин Вайс, профессор планетных наук в Департаменте Земли, атмосферы и планетных наук Массачусетского технологического института (EAPS) – отмечает: «за последнее десятилетие наблюдения показали, что полости, зазоры и кольца являются обычным явлением в дисках вокруг других молодых звезд. Это важные, но плохо изученные признаки физических процессов, посредством которых газ и пыль превращаются в молодое Солнце (звёзды) и планеты».

Точно так же и в ранней Солнечной системе образовался провал, причины появления которого пока остаются загадкой.

Одно из предположений – влияние Юпитера: когда газовый гигант обрел форму, его огромная гравитационная сила могла подтолкнуть газ и пыль к окраинам, оставив за собой брешь в развивающемся диске.

Другое объяснение ученые связывают с ветрами, выходящими с поверхности диска. Ранние планетные системы управляются сильными магнитными полями. Когда эти поля взаимодействуют с вращающимся диском из газа и пыли, они создают довольно мощный ветер, который и выдувает поверхность, оставляя зазор в диске.

Однако независимо от происхождения, разрыв в ранней Солнечной системе, вероятно, служил космической границей, которая не давала взаимодействовать материям по обе стороны от нее.

Именно это физическое разделение и могло сформировать состав планет Солнечной системы.

Например, на внутренней стороне разрыва газ и пыль объединились в планеты земной группы, включая Землю и Марс. А пыль и газ, переместившиеся в более холодные области дальней стороны разрыва, образовали такие планеты, как Юпитер и соседние с ним газовые гиганты.

«Довольно сложно преодолеть этот разрыв, и планете потребуется большой внешний крутящий момент и движущая сила, импульс, – говорит ведущий автор и аспирант EAPS Кауэ Борлина. – Таким образом, это свидетельствует о том, что формирование наших планет ограничивалось определенными регионами в ранней солнечной системе».

Подтверждением служит и наличие «изотопной дихотомии». Так, в последнее десятилетие ученые наблюдали любопытный раскол в составе метеоритов, достигших Земли. Эти космические камни изначально формировались в разное время и в разных местах по мере развития Солнечной системы. Те, что были проанализированы, показывают одну из двух комбинаций изотопов. И иногда встречаются метеориты, в которых присутствуют оба изотопа. Эта загадка и известна как «изотопная дихотомия».

Ученые предположили, что именно она может быть результатом разрыва в диске ранней Солнечной системы, однако такой разрыв не получил прямого подтверждения.

Тогда ученые проанализировали метеориты на предмет наличия древних магнитных полей. По мере того, как молодая планетная система обретает форму, она несет с собой магнитное поле, сила и направление которого могут меняться в зависимости от различных процессов внутри развивающегося диска.

Когда древняя пыль собиралась в зерна, известные как хондры (они могут быть меньше диаметра человеческого волоса), электроны внутри хондр выстраивались в соответствии с магнитным полем, в котором они образовались.

Проанализировав хондры из двух углеродистых метеоритов (размером около 100 микрон каждая), найденных в Антарктиде, исследователи с удивлением обнаружили, что напряженность их поля выше, чем у более близких неуглеродистых метеоритов, которые они ранее измеряли.

Ученые считали, что по мере того, как формируются молодые планетные системы, сила магнитного поля должна уменьшаться с увеличением расстояния от Солнца.

А выходит наоборот: у далеких хондр магнитное поле сильнее – около 100 микротеслов – по сравнению с полем в 50 микротеслов в более близких хондрах (магнитное поле Земли сегодня составляет около 50 микротеслов).

Магнитное поле планетной системы является мерой скорости аккреции (процесса приращения массы) или количества газа и пыли, которое она может вовлечь в свой центр с течением времени. Судя по магнитному полю углеродистых хондр, внешняя область Солнечной системы должна была наращивать гораздо больше массы, чем внутренняя.

В процессе моделирования различных сценариев, команда ученых пришла к выводу, что наиболее вероятным объяснением несоответствия в темпах аккреции является наличие зазора между внутренней и внешней областями, который мог уменьшить количество газа и пыли, текущих к Солнцу от внешних частей.

«Разрывы часто встречаются в протопланетных системах, и теперь мы показываем, что в нашей собственной Солнечной системе они были, – говорит Борлина. – Это дает ответ на странную дихотомию, которую мы видим в метеоритах, и предоставляет доказательства того, что разрывы влияют на состав планет».

Ранее сетевое издание «Учительская газета» сообщало об интересных и загадочных фактах, связанных с нашей Вселенной. В частности, о тайне «девятой планеты», которая может быть раскрыта в ближайшем будущем, а также о том, что ученые нашли способ долететь до Альфы Центавра за 20 лет.