Πριν από περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, ο νεαρός Ήλιος περιβαλλόταν από έναν τεράστιο δίσκο αερίου και σκόνης. Με την πάροδο του χρόνου, μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης συγκρούστηκαν και κόλλησαν μεταξύ τους, σχηματίζοντας τελικά μεγαλύτερα βραχώδη σώματα που ονομάζονται planetesimals, τα δομικά στοιχεία των πλανητών και των αστεροειδών. Όμως οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η διαδικασία δεν ήταν απλή. Διαφορετικές περιοχές του πρώιμου ηλιακού συστήματος πιθανώς εξελίχθηκαν υπό πολύ διαφορετικές συνθήκες και πολλαπλές φάσεις σχηματισμού πλανητών συνέβησαν ταυτόχρονα.
Τώρα, ερευνητές του γερμανικού Ινστιτούτου Max Planck για την Έρευνα του Ηλιακού Συστήματος (MPS) λένε ότι έχουν εντοπίσει μια από τις πιο σημαντικές περιοχές σχηματισμού πλανητών στο Ηλιακό Σύστημα. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε Astrophysical JournalΜια περιοχή σε σχήμα δακτυλίου ακριβώς έξω από την τροχιά του Δία χρησιμεύει ως ένα αποτελεσματικό και εξαιρετικά ευέλικτο «πεδίο αναπαραγωγής» για την πανίδα του πλανήτη.
Χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις υπολογιστή, η ομάδα ανακάλυψε ότι η περιοχή σχημάτισε πλανητικά σώματα με πολύ διαφορετικές συνθέσεις σε διάστημα περίπου δύο εκατομμυρίων ετών.
“Προφανώς διαφορετικοί τύποι πλανητοειδών σχηματίστηκαν στην ίδια περιοχή του αρχέγονου δίσκου σκόνης και αερίου, ακριβώς σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Η περιοχή ακριβώς έξω από την τροχιά του Δία προσέφερε εξαιρετικές συνθήκες για αυτό”, δήλωσε η Joanna Drauska, επικεφαλής της ομάδας Liz Meitner για τον Πλανητικό Σχηματισμό.
Πώς ο Δίας δημιούργησε μια κοσμική παγίδα σκόνης
Η μελέτη επικεντρώθηκε σε μια περίοδο μεταξύ περίπου δύο και τεσσάρων εκατομμυρίων ετών μετά το σχηματισμό του ηλιακού συστήματος. Μέχρι τότε, ο Δίας είχε ήδη συγκεντρώσει το μεγαλύτερο μέρος του περιβάλλοντος υλικού γύρω από την τροχιά του, δημιουργώντας ένα κενό στον περιβάλλοντα δίσκο αερίου και σκόνης.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η διαδικασία δημιούργησε έναν δακτύλιο υψηλής πίεσης αερίου ακριβώς έξω από τον Δία. Αυτή η πίεση παγιδεύει μεγάλες ποσότητες σκόνης, προκαλώντας τη συλλογή μικρών συστάδων που είναι γνωστές ως άμμος. Προηγούμενες μελέτες είχαν ήδη προτείνει ότι τέτοιες «παγίδες σκόνης» θα μπορούσαν να έχουν διευκολύνει τον γρήγορο σχηματισμό της πλανητικής πανίδας στο πρώιμο ηλιακό σύστημα.
Αυτό που ήταν ασαφές ήταν εάν αυτές οι παγίδες σκόνης θα μπορούσαν να συνεχίσουν να παράγουν διαφορετικούς τύπους σωμάτων για μεγάλες χρονικές περιόδους. Νέες προσομοιώσεις προτείνουν ότι μπορούν.
Οι ερευνητές έχουν δείξει ότι διαφορετικοί πληθυσμοί του πλανήτη μπορεί να έχουν σχηματιστεί στην ίδια περιοχή για εκατομμύρια χρόνια. Τα ευρήματά τους συνδέουν αυτά τα προσομοιωμένα αντικείμενα με γνωστές ομάδες μετεωριτών που βρέθηκαν στη Γη.
“Για πρώτη φορά, καταφέραμε να αναπαράγουμε με ακρίβεια τα αποτελέσματα εργαστηριακών μελετών μετεωριτών χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις υπολογιστή του πρώιμου ηλιακού συστήματος. Οι μετεωρίτες επομένως χρησιμεύουν ως λίθος για τις θεωρίες σχηματισμού πλανητών”, δήλωσε ο διευθυντής και κοσμοχημικός του MPS Thorsten Klein.
Οι μετεωρίτες διατηρούν ενδείξεις για το παρελθόν του ηλιακού συστήματος
Οι μετεωρίτες είναι κομμάτια διαστημικού βράχου που επιβιώνουν από το ταξίδι τους για να προσγειωθούν στην ατμόσφαιρα της Γης και στην επιφάνεια του πλανήτη. Πολλά πιστεύεται ότι είναι θραύσματα της αρχαίας πλανητικής πανίδας που έχουν αλλάξει ελάχιστα από τις πρώτες ημέρες του ηλιακού συστήματος.
Οι ερευνητές εστίασαν ειδικά στους ανθρακούχους χονδρίτες, έναν τύπο μετεωρίτη πλούσιου σε άνθρακα. Εργαστηριακές μελέτες δείχνουν ότι αυτοί οι μετεωρίτες σχηματίστηκαν έξω από τον Δία την ίδια στιγμή που ανακαλύφθηκε η προσομοίωση.
Οι επιστήμονες χωρίζουν τους ανθρακούχους χονδρίτες σε έξι ομάδες με βάση την ηλικία και τη σύνθεσή τους. Μερικά είναι εύθραυστα και κυρίως κατασκευασμένα από λεπτόκοκκο υλικό, ενώ άλλα είναι ισχυρά και περιέχουν ορατά εγκλείσματα ενσωματωμένα σε λεπτό υλικό.
Στις νέες προσομοιώσεις, αυτά τα δύο στοιχεία ταίριαζαν με τους δύο τύπους ύλης που πιστευόταν ότι υπήρχαν στο πρώιμο ηλιακό σύστημα. Το ένα αποτελείται από εύθραυστο, σκονισμένο υλικό, το άλλο από συμπαγείς συστάδες που σχηματίστηκαν σε πολύ θερμές περιοχές πριν εξαπλωθούν σε όλο το δίσκο.
«Για τις προσομοιώσεις μας, ήταν σημαντικό να μοντελοποιήσουμε τη συμπεριφορά και τις αλληλεπιδράσεις και των δύο υλικών τόσο σε μικρή όσο και σε μεγάλη κλίμακα», δήλωσε η Neria Gurrutxaga, διδάκτορας στο MPS και πρώτη συγγραφέας της εργασίας.
Η προσομοίωση αποκαλύπτει πολλαπλές γενιές διαστημικών πετρωμάτων
Τα μοντέλα της ομάδας παρακολούθησαν τόσο τις συγκρούσεις όσο και τις κινήσεις μεγάλης κλίμακας μικροσκοπικών σωματιδίων στον τεράστιο δίσκο αερίου. Τα σωματίδια μπορεί να διασπαστούν, να κολλήσουν μεταξύ τους, να παρασυρθούν προς τον Ήλιο ή να κολλήσουν σε ορισμένες περιοχές.
Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι ο Δίας λειτουργεί ως ισχυρότερο φράγμα για μεγαλύτερα και σκληρότερα σωματίδια από ότι για μικρότερα σωματίδια σκόνης. Ταυτόχρονα, ο σχηματισμός νέων πλανητών καταναλώνει συνεχώς μέρος του διαθέσιμου υλικού.
Καθώς περνούσαν εκατομμύρια χρόνια, αυτά τα συνδυασμένα φαινόμενα συνδύασαν τους δύο τύπους υλικού σε ποικίλες αναλογίες έξω από την τροχιά του Δία. Αυτή η μεταβαλλόμενη ισορροπία οδήγησε τελικά στο σχηματισμό ευδιάκριτων γενών της πανίδας του πλανήτη.
Στα πρώτα 500.000 χρόνια, η ποσότητα του κατακερματισμένου υλικού μειώνεται πριν αυξηθεί ξανά τα επόμενα εκατομμύρια χρόνια. Αργότερα, εμφανίστηκαν δύο διακριτοί πληθυσμοί πλανητικής πανίδας, ο ένας που αποτελείται κυρίως από εύθραυστο υλικό και ο άλλος κυριαρχείται από πιο σταθερό υλικό.
Με βάση τα ευρήματά τους, οι ερευνητές υποψιάζονται ότι επιπλέον μετεωρίτες εκτός από ανθρακούχους χονδρίτες μπορεί να έχουν σχηματιστεί στην ίδια παγίδα σκόνης σε ακόμη πιο πρώιμο στάδιο της ιστορίας του Ηλιακού Συστήματος.
«Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι οι παγίδες σκόνης ήταν οι προτιμώμενες γενέτειρες της πλανητικής πανίδας στο ηλιακό μας σύστημα», δήλωσε η Joanna Drakowska.
