Четыре с половиной миллиарда лет назад Юпитер стремительно вырос до своих нынешних размеров. Его мощное гравитационное притяжение нарушило орбиты небольших каменистых и ледяных тел, похожих на современные астероиды и кометы, которые называются планетезималями. Из-за этого тела сталкивались друг с другом на таких высоких скоростях, что содержавшиеся в них камни и пыль плавились при ударе и образовывали плавающие капли расплавленной породы, или хондры, которые мы находим в метеоритах и сегодня.
Исследователи из Университета Нагои в Японии и Итальянского национального института астрофизики впервые определили, как образовались эти капли, и на основе полученных данных точно датировали формирование Юпитера. Исследование, опубликованное в Scientific Reports, показывает, что характеристики хондр, в частности их размеры и скорость остывания в космосе, определяются содержанием воды в сталкивающихся планетезималях. Это объясняет то, что мы наблюдаем в образцах метеоритов, и доказывает, что появление хондр было результатом формирования планет.
Хондры — небольшие сферы диаметром примерно 0,1–2 миллиметра — образовались в астероидах во время формирования Солнечной системы. Миллиарды лет спустя части этих астероидов откололись и упали на Землю в виде метеоритов. Вопрос о том, как хондры приобрели круглую форму, десятилетиями ставил учёных в тупик.
«Когда планетезимали сталкивались друг с другом, вода мгновенно превращалась в расширяющийся пар. Это было похоже на маленькие взрывы, которые разрывали расплавленную силикатную породу на крошечные капли, которые мы видим в метеоритах сегодня», — объяснил соавтор исследования профессор Син-ити Сироно Нагойского университета.
Предыдущие теории формирования не могли объяснить характеристики хондр, в то время как эта модель предполагает условия, которые естественным образом возникли в ранней Солнечной системе, когда сформировался Юпитер. Исследователи разработали компьютерную модель роста Юпитера и проследили, как его гравитация вызывала высокоскоростные столкновения между каменистыми и богатыми водой планетезималями в ранней Солнечной системе.
«Мы сравнили характеристики и количество смоделированных хондр с данными о метеоритах и обнаружили, что модель спонтанно генерирует реалистичные хондры. Она также показывает, что образование хондр совпадает с интенсивным накоплением Юпитером туманного газа, необходимого для достижения его огромных размеров. Поскольку данные о метеоритах свидетельствуют о том, что пик формирования хондритов пришёлся на 1,8 миллиона лет после образования Солнечной системы, именно в это время сформировался Юпитер», — сказал доктор Диего Туррини, соавтор исследования.
Эта работа даёт более чёткое представление о том, как формировалась Солнечная система. Однако процесс образования хондр, начавшийся при формировании Юпитера, был слишком коротким, чтобы объяснить, почему в метеоритах встречаются хондры разного возраста. Наиболее вероятно, что при формировании других планет-гигантов, таких как Сатурн, также происходило образование хондр.
Изучая хондры разного возраста, учёные могут определить порядок формирования планет и понять, как развивалась Солнечная система. Исследование также позволяет предположить, что подобные бурные процессы формирования планет могут происходить вокруг других звёзд.
[Фото: Akira Miyake, Kyoto University]
