Открыт рецепт формирования внутренней части Солнечной системы
С помощью моделирования группа астрономов из Университета Райса наблюдала эволюцию протопланетного диска, существующего вокруг Солнца на ранних стадиях его жизни, раскрывая ключевые механизмы, которые создают планеты внутренней Солнечной системы. Меркурий, Венера, Земля и Марс.
Механизмы, приводящие к образованию планетных систем, были широко изучены. Однако некоторые этапы этого процесса до сих пор не получили четкого объяснения. Это затрудняет определение точных характеристик протопланетного диска при формировании того или иного типа планет. Исследовательскую группу под руководством ученых из Университета Лизы Андре взволновала эволюция диска вблизи звезд, изменяющая его физические и химические свойства. Цель — выяснить, что привело к образованию четырех планет во внутренней части Солнечной системы.
Протопланетный диск — это структура из газа и пыли, которая окружает звезду на ранних стадиях ее существования. В нем можно выделить несколько колец, которые свидетельствуют об образовании планет, ограниченных так называемыми «холмами давления». Здесь давление имеет более низкое значение, чем в окружающих областях, и состав диска варьируется. В частности, можно выделить три разных диска.
- Самый внутренний и ближайший к звезде ограничивает область структуры вблизи звезды. Здесь высокие температуры диска (выше 1400 К) создают газообразные силикатные соединения и препятствуют образованию планет;
- Снежная линия определяет зону перехода воды из парообразного состояния в твердое при температуре около 170 K;
- При температуре примерно до 30 снеговой линии Со это зона, где затвердевает угарный газ.
Роль этих изменений давления заключается в том, что они способствуют образованию планет. Предполагается, что эти объекты диаметром 10-100 км являются строительными блоками для формирования планет. Пухлые зерна в диске, которые движутся к центру системы, скапливаются в границах около кольца звезд и останавливают колебания давления. Здесь они становятся галькой, а затем планетами.
Чтобы понять роль утечек давления в происхождении протопланет, команда астрономов разработала симуляцию, включающую три вышеуказанных перехода. В ходе исследования планетарный эмбрион Земля рос на расстоянии около 1 АЕ (астрономическая единица, равная 150 млн км) от центральной звезды.
Читайте также: Откуда берут начало орбиты газовых гигантов Солнечной системы? Новая теория
Международная группа исследователей предложила новую теорию, которая может объяснить, как орбиты газовых гигантов возникли в нашей Солнечной системе. С..
Моделирование проводилось путем изменения свойств диска, таких как конфигурация и температура. Эти изменения важны для понимания того, какие компоненты являются ключевыми для достижения результатов, аналогичных Солнечной системе. В частности, было отмечено, что после первого скачка давления планета сформируется размером, схожим с Марсом, если будет найден земной эквивалент массы 2,5. С другой стороны, если масса диска выше, получаются суперземли с массой от 2 до 10 земных эквивалентов. Оба этих типа планет расположены во внутренней зоне планетарной системы, как и в Солнечной системе.
Разница заключается не только в количестве материала, присутствующего в области диска, разделенного на узлы, но и во времени формирования этих узлов. Действительно, если два транзита рядом со звездой происходят на ранних стадиях эволюции диска, то предпочтительнее иметь экзопланету, подобную Земле. С другой стороны, если эти транзиенты образуются позже, то в результате дополнительных годовых планет будет больше.
Кроме того, состав планет можно учесть с помощью моделирования. Железные ядра Земли и Венеры происходят из ближайшей к Солнцу области земной орбиты. Марсиане, с другой стороны, вероятно, более твердые, имеют специфический состав серы и сделаны из материалов, происходящих из более отдаленных регионов.
Исследования астрономов также распространяются на понимание планетарных групп в поясе астероидов, покрытых SO расположенного между Марсом и Юпитером, и, вероятно, являющегося результатом столкновений более крупных тел с сотнями более мелких.
Моделирование первоначально показало, что в районе Марса практически нет микропланет. Однако впоследствии как внутренние, так и внешние планеты приблизились к нынешней области пояса астероидов и оказались там в ловушке в результате взаимодействия и нестабильности с эволюционирующими планетами.
Опять же, состав этих объектов можно объяснить с помощью разработанной модели: две различные популяции — это астероиды S- и C-типа. Первый тип содержит объекты, состоящие в основном из силикатов, вероятно, из объектов, блуждающих во внутренних областях орбиты Марса. Второй тип, содержащий астероиды, состоящие в основном из углерода, происходит из внешних областей системы.
Будущее исследование группы астрономов направлено на понимание формирования внешних частей Солнечной системы. Это газовые и ледяные гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Благодаря этому исследованию можно лучше понять эволюцию внутренней части Солнечной системы, что редко наблюдается во многих открытых планетных системах во Вселенной.
Сложные механические особенности тел, вращающихся вокруг Солнца, до сих пор неизвестны. Число обнаруженных внеземных планет растет с каждым годом, но для полного понимания их истории необходимо приложить много технических и научных усилий. Кроме того, наша Солнечная система является редкой по наблюдаемости. Нам еще предстоит найти планеты, похожие на Землю, или планетные системы, напоминающие нашу Солнечную систему.
Нам предстоит еще много работы, но мы, наконец, знаем, что формирование Земли и соседних с ней миров произошло в результате утечки давления в диске, окружавшем очень молодое Солнце.
