Sistēmas agrīnās veidošanās stadijās piedzīvo vislielāko triecienu, pateicoties tam, ka nestabilās orbītās ir milzīgs skaits embriju. Vai mēs spēsim apsvērt šos procesus un atklāt Zemes pagātni?
Planētas veidošanās pēdējā posmā jaunie planētu embriji ietriecas citās protoplaneetās, izraisot to virsmu un mantiju intensīvu izkausēšanu. Viena no šādām topošās Zemes un Teijas sadursmēm izveidoja Zemes-Mēness sistēmu un noveda pie magma okeāna parādīšanās: izkausētu silikātu un gaistošu maisījumu, kas stiepjas visā mantijā. Magma okeāni nosaka posmu agrīnajai virsmai un atmosfērai, kurā dzīves apstākļi galu galā izveidojās.
Jaundzimušās Zemes un Tejas (objekts ir Marsa lielums) sadursme, kas izraisīja Mēness veidošanos.
Diemžēl ģeofiziķiem, bet, par laimi, visai dzīvei, vairākus miljardus gadu plakanā tektonika uz Zemes ir iznīcinājusi magmas okeāna atšķirīgās pazīmes, un tāpēc zinātnieki tik tikko saprot, kā šī karstā un izkausētā pasaule kļuva par apdzīvojamu planētu. Tomēr tiek uzskatīts, ka akmeņaino planētu veidošanās vispārējie principi ir līdzīgi citu zvaigžņu sistēmās, un tāpēc visspēcīgākie triecieni nav reti uz planētām, kuras šobrīd veidojas jauno zvaigžņu orbītā.
Tas ļauj iegūt pēcspīdēšanas momentuzņēmumu no milzu triecieniem eksoplanētu sistēmās. Kausētas protoplanētas tieša noteikšana būs atslēga planētas evolūcijas sākumposmā.
Izkausēto pasauļu medības
Jaunās protoplanetes ir ļoti karstas un spilgtas, jo to virsmas temperatūra var sasniegt 3000 ° C. Tādējādi varētu domāt, ka tos ir viegli pamanīt nakts debesīs, bet diemžēl tā nav pilnīgi taisnība. Faktiski, kad izkususi mantija sacietē, izšķīdušās gaistošās vielas, piemēram, ūdens un oglekļa dioksīds, pakāpeniski izdalās atmosfērā. Ja no zvaigznes nav spēcīga zvaigžņu vēja vai augsta ultravioletā starojuma, planētas atmosfēra sabiezēsies, tādējādi aizklājot virsmu. To darot, tas darbosies kā sega, pagarinot magmas okeāna dzesēšanas periodu.
Reklāmas video:
Eksoplanetes māksliniecisks attēlojums, kas pārklāts ar magmas okeāniem.
Kamēr magnētisko okeānu esamību ierosina planētu veidošanās teorētiskie modeļi, globālā ķermeņa kušana protoplanētu sadursmju rezultātā vēl nav novērota. Tā kā sagaidāms, ka laika gaitā šādu triecienu skaits pakāpeniski samazināsies, jaunas planētu sistēmas piedāvā vislabākās iespējas šādus objektus atklāt.
Tomēr, lai šie izkausētie ķermeņi būtu redzami, tiem jāatbilst diviem nosacījumiem. Pirmkārt, esiet ne pārāk tuvu viņu zvaigznei, pretējā gadījumā teleskops nespēs atdalīt izkusušo protoplanetu no tā spožās saimnieces. Otrkārt, pietiekamā daudzumā radiācijas no magmas okeāna ir jāiekļūst atmosfērā.
Izstarotā starojuma ziņā izkusušās protoplanētas ir pievilcīgs mērķis tiešai attēlveidošanai, jo tās ir daudz spilgtākas nekā vecākas planētas, piemēram, Zeme. Tātad, ja mēs kādreiz vēlamies sākt kolekcionēt tūlītējas Zemei līdzīgu ekstrasolāru planētu fotogrāfijas, tad izkausētas protoplanetes ir piemērota vieta, kur sākt!
Kādas ir iespējas atklāt pēcspīdumu?
Diemžēl pat ar vismodernākajiem attēlveidošanas rīkiem kausētu planētu tieša noteikšana paliek nepieejamā vietā. Tomēr 2020. gadi ieraudzīs kolosālu uz zemes bāzētu teleskopu laikmetu: ESO ārkārtīgi lielais teleskops (ELT) Čīlē, Milzu Magelāna teleskops (GMT) Čīlē un Trīsdesmit metru teleskops (TMT) Havaju salās. Papildus jaunām uz zemes bāzētām observatorijām tiek apsvērtas nākotnes kosmosa misiju koncepcijas, kas paredzētas klinšu planētu tiešai attēlveidošanai saulē līdzīgu zvaigžņu apdzīvojamās zonās, jo īpaši interferometrs LIFE (Exoplanet lielais interferometrs), kas sola nepieredzētu precizitāti ekstrasolāru planētu raksturošanā.
ESO ārkārtīgi lielā teleskopa mākslinieciskais attēlojums.
Izkausētas planētas redzēšanas iespējamība ir atkarīga no diviem galvenajiem faktoriem: kumulatīvā milzu triecienu skaita, ko piedzīvo planētas sistēmas objekti, un laika intervāla, kurā izkusušais ķermenis paliek pietiekami karsts, lai to varētu noteikt.
Lai noteiktu izkausētu protoplanetu novērošanas iespējamību, vispirms ir jānoskaidro milzu triecienu iespējamība, simulējot planētu veidošanos. Datorsimulācijas izseko orbītas evolūcijai un planētu embriju augšanai, kad sadursmju laikā tie saplūst pilnvērtīgās planētās.
Sistēmas agrīnās veidošanās stadijās piedzīvo vislielāko triecienu, pateicoties tam, ka nestabilās orbītās ir milzīgs skaits embriju. Jāsaka, ka tie, kas riņķo ap sarkanajiem punduriem - visizplatītākajām Piena ceļa zvaigznēm, tiks trāpīti gandrīz divreiz vairāk nekā tie, kas atrodas ap mūsu Saules kolēģiem. Tas ir ļoti daudzsološi attiecībā uz magmatisko okeānu rašanās varbūtību, taču ir brīdinājums: protoplanetes šādās sistēmās atradīsies tuvās orbītās, tāpēc tās nevar atdalīt no zvaigznes starojuma. Turklāt sadursmes būs mazāk enerģētiskas, un tāpēc ķermeņi būs blāvi. Tādējādi potenciālā novērojamība kļūst par zvaigznes vecuma, triecienu skaita un sadursmes enerģijas funkciju.
Ņemot vērā magmas okeāna parādīšanās biežumu, zinātnieki aprēķināja magma okeānu evolūciju un pastāvēšanas periodu, lai noteiktu virsmas temperatūras izmaiņas atkarībā no planētas lieluma un tās atmosfēras biezuma, kas tiek izteikts tā saucamajā izstarojumā: jo zemāks tas ir, jo izolējošāka ir atmosfēra.
Jaunās eksoplanētas mākslinieciskais attēlojums, kuru pastāvīgi bombardē embriji nestabilās orbītās.
Lielas protoplanētas ar biezu atmosfēru ilgāk atbalstīs magmas okeānus, taču tās arī izstaros zemāku starojumu un, visticamāk, būs zemākas par teleskopu jutības līmeni. Svarīgi atzīmēt, ka eksoprotoplanetu iespējamais sastāvs var ievērojami atšķirties no Saules sistēmas agrīnajām planētām. Tādējādi izstarošanās spēja ir atkarīga no papildu parametra: dažādu kompozīciju un eksoplanētiskās atmosfēras masu.
Protams, vislabāko vietu, kur sākt meklēt izkusušās planētas ar ELT vai LIFE, nosaka tuvums Saules sistēmai. Visdaudzsološākie mērķi ir jaunas, tuvumā esošas un masīvas zvaigžņu grupas. Iedomājieties, ka zinātniekiem jau ir "piemērots" teleskops, un viņiem jāredz visas asociācijas zvaigznes. Vai tiks atrasta izkausēta protoplaneta? Ne jā, ne nē. Atbilde ir statistiska varbūtība atkarībā no vairākiem fizikālajiem parametriem.
Asociācijas Carina OB1 panorāmas kadrs, kurā ir vairākas jaunu zvaigžņu grupas, piemēram, Trumpler 14 klasteris, kurā dzīvo apmēram 2000 zvaigžņu. Mums vistuvākās sistēmas, piemēram, šī, ir galvenie mērķi protoplanetu sadursmju atklāšanai.
Piemēram, apvienībā β Pictoris (Beta Pictoris), kas atrodas 63 gaismas gadu attālumā no Saules, ietilpst 31 zvaigzne ar vidējo vecumu 23 miljoni gadu. Varbūtība, ka vismaz viena planēta var atklāt magmas okeānu starp to planētu sistēmām, ar nejutīgu filtru būs nenozīmīga, taču tā var sasniegt 80%, ja novērojumi notiek ar LIFE 5,6 mikrometru vai ar ELT 2,2 mikrometru augstumā.
Ko šie skaitļi nozīmē un ko darīt tālāk?
Paliek virkne jautājumu. Piemēram, joprojām nav skaidrs, vai planētas dzimst ap visām zvaigznēm un kāda veida planētas ir sagaidāmas atkarībā no zvaigznes klases.
Iepriekšējos pētījumos, kuros tika runāts par izkusušo planētu iespējamo novērojamību, radās jautājums, vai milzu trieciena pēcgaršu, kas līdzīga tai, kas radīja Mēnesi, varētu reģistrēt Zemes protora apstākļos. Neskatoties uz to, eksoplanētu aptauja pēdējās desmitgadēs parādīja, ka daudzas to īpašības (sastāvs, masa, rādiuss, orbīta un citas) savvaļas atšķiras no visa, kas tika pieņemts Saules sistēmas izpētes rezultātā. Tāpēc zinātnieki sagaida milzīgas atšķirības starp jauno protoplanetu un to atmosfēras kompozīcijas īpašībām, tas ir, jautājums par veidojošās proto-Zemes iespējamo novērojamību ir interesants, bet nesvarīgs, ņemot vērā nenozīmīgo varbūtību, ka šādām protoplanētām var atrasties paredzamajā Saules apkārtnē.
Tūkstošiem Zvaigžņu sistēmu, kas dzīvo Piena Ceļā.
Lai tuvotos tuvākajos gados izkusušās protoplanētas noteikšanai, ir jāpievēršas vairākiem galvenajiem jautājumiem: kādas ir tipiskās akmeņaino planētu atmosfēras variācijas, kā gaistošās vielas tiek sadalītas starp mantiju un atmosfēru?
Novērošanas kampaņas ļaus zinātniekiem uzlabot izpratni par atmosfēras īpašībām un sastāva sadalījumu. Turklāt būs nepieciešams labāk ierobežot daudzsološāko asociāciju atsevišķo zvaigžņu īpašības: β Pictoris, Columba, TW Hydrae un Tucana-Horologium. Tam nepieciešami teorētiķu un novērotāju, astronomu, ģeofiziķu un ģeoķīmiķu kopīgi centieni.
Galu galā kādreiz ne tik tālā nākotnē mēs varbūt varēsim ieraudzīt kvēlojošu jauno pasauli, kas, iespējams, neatšķiras no mūsu pašu mājām Visumā.
Arina Vasilieva