wszechświat
dodano: 2016-12-21
Kolizyjny układ słoneczny

KIEDY WYCHODZIŁAM Z SALI WYKŁADOWEJ MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY, w której omawiałam ze studentami proces formowania planet, podszedł do mnie mój kolega Ben Weiss, specjalizujący się w magnetyzmie skał kosmicznych. Był bardzo podekscytowany. Zaciągnął mnie do swej pracowni i pokazał najnowsze dane dotyczące jednej z takich skał – meteorytu o nazwie Allende. Dane te mogły zmienić prawie całą naszą wiedzę geologiczną o Układzie Słonecznym.

Było to w roku 2009. Jesienią zespół badawczy Weissa pokazał, że w Allende – meteorycie, który w 1969 roku jako wielki bolid uderzył w Ziemię w Meksyku i zawierał najstarszą materię Układu Słonecznego – występują ślady pradawnego pola magnetycznego. Odkrycie to stanowiło wielką niespodziankę. Astronomowie sądzili dotychczas, że takie pole mogło być wytwarzane przez efekt dynamo działający w niezwykle gorącym, ciekłym metalu wypełniającym wnętrza planet; w taki właśnie sposób, w ciekłym żelazie wirującym w jądrze planety, powstaje pole magnetyczne Ziemi. Allende miał jednak być fragmentem planetozymala – wczesnej, niemowlęcej planety – która była rozgrzana tylko w niewielkim stopniu. Naukowcy sądzili, że nigdy nie rozgrzał się on na tyle, aby stopić zawarty w nim metal. Weiss zastanawiał się, jak ten pradawny kawałek Układu Słonecznego mógł stać się wystarczająco gorący, aby wytworzyć dynamo magnetyczne.

Ponieważ studenci zasypywali mnie pytaniami dotyczącymi ewolucji planet, zmuszając mnie w ten sposób do przemyślenia podręcznikowej wiedzy, miałam więc szkielet nowego pomysłu, który mógłby rozwiązać problem Weissa. Podeszłam do jego tablicy i zaczęłam szkicować podstawy swojej koncepcji.

Od dawna już wiadomo, że planetozymale zawierają niestabilne, krótkotrwałe atomy glinu, które wypromieniowują nadmiar energii jądrowej. Ten radioaktywny izotop to 26Al, a energia z jego rozpadu mogła podgrzewać planetozymale. Można sobie wyobrazić, że ciepło wydzielane przez 26Al w macierzystym obiekcie meteorytu Allende było tak wielkie, iż całe ciało uległo stopieniu. Metal zawarty w obiekcie oddzielił się od minerałów krzemianowych i utworzył ciekłe jądro, które zaczęło rotować wraz z obrotami kosmicznego obiektu. W ten sposób powstało dynamo magnetyczne. W tym samym czasie zewnętrzne warstwy planetozymala stygły w mroźnej przestrzeni, a na niestopionej powierzchni osiadały pył i zimne odłamki skalne z pierwotnego dysku, z którego powstał nasz Układ Słoneczny.

O pomyśle, że pierwotne cegiełki Układu Słonecznego zawierały wielkie ilości energii, nie usłyszałam w szkole średniej. W podręcznikach można często wyczytać, że Układ Słoneczny powstawał w sposób spokojny i stateczny. Uważano, że proces ten, który rozpoczął się 4567 mld lat temu, był uporządkowany jak menuet: gaz i pył z obłoku molekularnego osiadły w dysku otaczającym rozrastającą się młodą gwiazdę, a następnie utworzyły wiele małych głazów, których średnice powoli rosły, aż osiągnęły rozmiary dziesiątek lub setek kilometrów. Następnie planetozymale zderzały się ze sobą i tworzyły większe ciała, być może o rozmiarach dzisiejszego Marsa, zwane planetarnymi embrionami. Dopiero wtedy temperatura tego planetarnego żłobka zaczęła rosnąć. Przyciąganie grawitacyjne rosnących embrionów stawało się wystarczająco duże, żeby oczyścić ich orbity z otaczających je resztek. Embriony łączyły się ze sobą i tworzyły planety. Na koniec budulec planet uległ rozdzieleniu na wzburzone jądra metaliczne i krzemianowe płaszcze – nieprzyjazne życiu gorące, wulkaniczne obszary.
Tak wyglądał stary obraz. Jednakże zanim jeszcze wspólnie z Weissem zaczęłam zastanawiać się nad meteorytem Allende, pojawiły się inne dane, z których wynikało, że w młodym Układzie Słonecznym zachodziły szybkie i gwałtowne zmiany. Nudna sekwencja zdarzeń – pył, głazy, planetozymale, embriony, planety – została zmieniona. Proces formowania się planetozymali, o którym kiedyś sądzono, że trwał setki milionów lat, w rzeczywistości zaszedł zaledwie w ciągu około trzech milionów lat. Jeśli wiek Układu Słonecznego porównamy do jednego dnia, to planetozymale powstały w ciągu jego pierwszej minuty. Większa ilość energii obecnej w pierwotnych małych składnikach Układu (dostarczanej przez rozpad glinu i zderzenia) oznacza, że nie musiały one być dużymi obiektami, aby wytworzyć w sobie warstwy. Wewnątrz stosunkowo drobnych planetozymali mogły zachodzić procesy, takie jak topnienie, odgazowanie czy tworzenie dynama magnetycznego, o których wcześniej sądzono, że są możliwe tylko w dużych ciałach.

Rozwój Układu Słonecznego nie polegał wyłącznie na zwiększaniu rozmiarów należących do niego obiektów. Bardzo często duże ciała ponownie rozpadały się na mniejsze. Jeżeli w początkowym okresie powstały globy o rozmiarach planet, czasami ulegały one zmniejszeniu lub zniszczeniu wskutek wysokoenergetycznych zderzeń z mniejszymi obiektami. Ich szczątki mogły spadać na inne ciała, powodując ich rozrost do rozmiarów planetarnych. Planety mogły powstawać, być niszczone i odbudowywane w ciągu zaledwie 10 mln lat (lub szybciej).

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 01/2017 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
07/2017
10/2016 - specjalny
Kalendarium
Lipiec
21
W 1595 r. hiszpański żeglarz Álvaro de Mendaña de Neyra odkrył Markizy.
Warto przeczytać
Zmyl trop to użyteczna, ale i pełna powabu oraz przekonująca, kieszonkowa esencja wszystkiego, co chcielibyście wiedzieć o obronie przed inwigilacją.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

dodano: 2016-12-21
Kolizyjny układ słoneczny

KIEDY WYCHODZIŁAM Z SALI WYKŁADOWEJ MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY, w której omawiałam ze studentami proces formowania planet, podszedł do mnie mój kolega Ben Weiss, specjalizujący się w magnetyzmie skał kosmicznych. Był bardzo podekscytowany. Zaciągnął mnie do swej pracowni i pokazał najnowsze dane dotyczące jednej z takich skał – meteorytu o nazwie Allende. Dane te mogły zmienić prawie całą naszą wiedzę geologiczną o Układzie Słonecznym.

Było to w roku 2009. Jesienią zespół badawczy Weissa pokazał, że w Allende – meteorycie, który w 1969 roku jako wielki bolid uderzył w Ziemię w Meksyku i zawierał najstarszą materię Układu Słonecznego – występują ślady pradawnego pola magnetycznego. Odkrycie to stanowiło wielką niespodziankę. Astronomowie sądzili dotychczas, że takie pole mogło być wytwarzane przez efekt dynamo działający w niezwykle gorącym, ciekłym metalu wypełniającym wnętrza planet; w taki właśnie sposób, w ciekłym żelazie wirującym w jądrze planety, powstaje pole magnetyczne Ziemi. Allende miał jednak być fragmentem planetozymala – wczesnej, niemowlęcej planety – która była rozgrzana tylko w niewielkim stopniu. Naukowcy sądzili, że nigdy nie rozgrzał się on na tyle, aby stopić zawarty w nim metal. Weiss zastanawiał się, jak ten pradawny kawałek Układu Słonecznego mógł stać się wystarczająco gorący, aby wytworzyć dynamo magnetyczne.

Ponieważ studenci zasypywali mnie pytaniami dotyczącymi ewolucji planet, zmuszając mnie w ten sposób do przemyślenia podręcznikowej wiedzy, miałam więc szkielet nowego pomysłu, który mógłby rozwiązać problem Weissa. Podeszłam do jego tablicy i zaczęłam szkicować podstawy swojej koncepcji.

Od dawna już wiadomo, że planetozymale zawierają niestabilne, krótkotrwałe atomy glinu, które wypromieniowują nadmiar energii jądrowej. Ten radioaktywny izotop to 26Al, a energia z jego rozpadu mogła podgrzewać planetozymale. Można sobie wyobrazić, że ciepło wydzielane przez 26Al w macierzystym obiekcie meteorytu Allende było tak wielkie, iż całe ciało uległo stopieniu. Metal zawarty w obiekcie oddzielił się od minerałów krzemianowych i utworzył ciekłe jądro, które zaczęło rotować wraz z obrotami kosmicznego obiektu. W ten sposób powstało dynamo magnetyczne. W tym samym czasie zewnętrzne warstwy planetozymala stygły w mroźnej przestrzeni, a na niestopionej powierzchni osiadały pył i zimne odłamki skalne z pierwotnego dysku, z którego powstał nasz Układ Słoneczny.

O pomyśle, że pierwotne cegiełki Układu Słonecznego zawierały wielkie ilości energii, nie usłyszałam w szkole średniej. W podręcznikach można często wyczytać, że Układ Słoneczny powstawał w sposób spokojny i stateczny. Uważano, że proces ten, który rozpoczął się 4567 mld lat temu, był uporządkowany jak menuet: gaz i pył z obłoku molekularnego osiadły w dysku otaczającym rozrastającą się młodą gwiazdę, a następnie utworzyły wiele małych głazów, których średnice powoli rosły, aż osiągnęły rozmiary dziesiątek lub setek kilometrów. Następnie planetozymale zderzały się ze sobą i tworzyły większe ciała, być może o rozmiarach dzisiejszego Marsa, zwane planetarnymi embrionami. Dopiero wtedy temperatura tego planetarnego żłobka zaczęła rosnąć. Przyciąganie grawitacyjne rosnących embrionów stawało się wystarczająco duże, żeby oczyścić ich orbity z otaczających je resztek. Embriony łączyły się ze sobą i tworzyły planety. Na koniec budulec planet uległ rozdzieleniu na wzburzone jądra metaliczne i krzemianowe płaszcze – nieprzyjazne życiu gorące, wulkaniczne obszary.
Tak wyglądał stary obraz. Jednakże zanim jeszcze wspólnie z Weissem zaczęłam zastanawiać się nad meteorytem Allende, pojawiły się inne dane, z których wynikało, że w młodym Układzie Słonecznym zachodziły szybkie i gwałtowne zmiany. Nudna sekwencja zdarzeń – pył, głazy, planetozymale, embriony, planety – została zmieniona. Proces formowania się planetozymali, o którym kiedyś sądzono, że trwał setki milionów lat, w rzeczywistości zaszedł zaledwie w ciągu około trzech milionów lat. Jeśli wiek Układu Słonecznego porównamy do jednego dnia, to planetozymale powstały w ciągu jego pierwszej minuty. Większa ilość energii obecnej w pierwotnych małych składnikach Układu (dostarczanej przez rozpad glinu i zderzenia) oznacza, że nie musiały one być dużymi obiektami, aby wytworzyć w sobie warstwy. Wewnątrz stosunkowo drobnych planetozymali mogły zachodzić procesy, takie jak topnienie, odgazowanie czy tworzenie dynama magnetycznego, o których wcześniej sądzono, że są możliwe tylko w dużych ciałach.

Rozwój Układu Słonecznego nie polegał wyłącznie na zwiększaniu rozmiarów należących do niego obiektów. Bardzo często duże ciała ponownie rozpadały się na mniejsze. Jeżeli w początkowym okresie powstały globy o rozmiarach planet, czasami ulegały one zmniejszeniu lub zniszczeniu wskutek wysokoenergetycznych zderzeń z mniejszymi obiektami. Ich szczątki mogły spadać na inne ciała, powodując ich rozrost do rozmiarów planetarnych. Planety mogły powstawać, być niszczone i odbudowywane w ciągu zaledwie 10 mln lat (lub szybciej).