Древние «капли расплавленного камня» раскрывают, когда родился Юпитер

Фото из открытых источников

Внутри метеоритов, падающих на Землю, скрываются крошечные сферы, которые десятилетиями озадачивали учёных. Эти загадочные капли, называемые хондрами, – капсулы времени, хранящиеся в памяти зарождения нашей Солнечной системы. Теперь группа учёных из Японии использовала их, чтобы точно определить время образования Юпитера, тем самым разгадав давнюю загадку планетостроения.

Ученые из Нагойского университета в Японии и Итальянского национального института астрофизики обнаружили, что эти древние капли расплавленной породы шириной всего от 0,1 до 2 миллиметров образовались во время бурного рождения Юпитера 4,5 миллиарда лет назад. Результаты их исследования, опубликованные в журнале Scientific Reports, показывают, что Юпитер достиг своих гигантских размеров ровно через 1,8 миллиона лет после начала формирования Солнечной системы.

История начинается в хаотичном периоде ранней Солнечной системы, когда бесчисленные каменистые и ледяные тела, называемые планетезималями, вращались вокруг молодого Солнца. По мере того, как Юпитер стремительно рос до своих гигантских размеров, его мощное гравитационное притяжение разрушало эти меньшие тела, заставляя их сталкиваться на невероятных скоростях. Но это были не обычные столкновения, а настолько сильные, что камни полностью расплавлялись при ударе.

«Когда планетезимали сталкивались друг с другом, вода мгновенно испарялась, превращаясь в расширяющийся пар. Это действовало подобно крошечным взрывам и раздробило расплавленную силикатную породу на мельчайшие капли, которые мы сегодня видим в метеоритах», — объясняет профессор Син-ити Сироно из Нагойского университета.

Ключевое понимание пришло благодаря пониманию роли воды. Когда богатые водой планетезимали сталкивались, вода не просто исчезала, а взрывным образом превращалась в пар, действуя подобно микроскопическим бомбам, которые разбивали расплавленную породу на идеально круглые капли. Эти капли затем остывали в космическом вакууме, сохраняя свою сферическую форму и встраиваясь в астероиды.

Десятилетиями учёные пытались объяснить, как хондры приобрели характерную округлую форму и определённую скорость охлаждения. Предыдущие теории требовали для своей работы весьма специфических, маловероятных условий. Но эта новая модель показывает, что формирование хондр происходило естественным образом в самый драматический период роста Юпитера, когда гигантская планета быстро поглощала газ из окружающей туманности.

Исследователи разработали сложную компьютерную модель, которая отслеживала рост Юпитера и моделировала, как его гравитация вызывала высокоскоростные столкновения планетезималей. Совпадение смоделированных хондр с реальными образцами метеоритов оказалось поразительным. Модель спонтанно производила капли с теми же размерами, скоростью охлаждения и другими характеристиками, что и у настоящих метеоритов.

Это открытие представляет собой первый надёжный метод датирования времени образования планет. Модель показывает, что образование хондр совпадает с интенсивным накоплением небулярного газа Юпитером, что привело к достижению им огромных размеров. Поскольку данные по метеоритам показывают, что пик образования хондр пришёлся на 1,8 миллиона лет после образования Солнечной системы, это позволяет точно определить время рождения Юпитера.

Выводы выходят за рамки нашей Солнечной системы. Хондры разного возраста, обнаруженные в метеоритах, позволяют предположить, что другие планеты-гиганты, такие как Сатурн, также инициировали подобные бурные процессы при своём формировании. Изучая хондры разного возраста, учёные теперь могут проследить порядок рождения планет и понять, как развивалась наша Солнечная система с течением времени.

Это исследование также проливает свет на формирование планет вокруг других звёзд. Интенсивные столкновения, приведшие к образованию хондр, вероятно, происходят и в других планетных системах при формировании планет-гигантов, что позволяет предположить, что аналогичные процессы формируют солнечные системы по всей Галактике.

Это открытие особенно изящно тем, как оно связывает микроскопические сферы в метеоритах с одним из важнейших событий в истории нашей Солнечной системы. Эти «капли расплавленного камня», пережившие миллиарды лет космических скитаний, наконец раскрыли свой секрет: они – свидетельство рождения Юпитера, запечатлённое в камне, чтобы мы могли его увидеть сегодня.