Когда дело доходит до Солнечной системы, все, что у нас осталось, это выжившие. Наконец, этого может быть достаточно, чтобы узнать, что произошло 4,5 миллиарда лет назад.
Мы знаем, как сегодня выглядит наша Солнечная система, но одна из величайших загадок науки заключается в том, как она сформировалась и выросла, чтобы стать такой, какая она есть сейчас. Есть некоторые общие части, которые, как мы знаем, должны быть верны из множества астрономических наблюдений. Как и все звездные системы, наша сформировалась из коллапсирующего облака молекулярного газа. Как и все звезды с планетами, наша молодая протозвезда сформировала протопланетный диск, который превратился в планеты, астероиды и пояс Койпера. Из моделирования мы знаем, что многие тела были выброшены, срослись и поглощены с течением времени.
Но спустя 4,5 миллиарда лет у нас нет остатков того, какой была наша Солнечная система во время ее рождения. В великом гравитационном танце, происходящем на нашем космическом заднем дворе, мы не можем знать, какова была наша полная история. У нас остались только выжившие. Но впервые эти выжившие, вероятно, включают в себя что-то, что осталось от нашей протопланетной зари: частицы межпланетной пыли. Впервые мы можем по-настоящему узнать, откуда мы пришли.
Когда мы смотрим на межзвездную или межпланетную пыль в других звездных системах, мы знаем, что есть три основных компонента твердого материала, который пойдет на формирование планет:
- аморфные силикаты,
- соединения углерода и
- мороженое.
Мы хотели бы найти остатки этих материалов здесь, на Земле, но мы не можем найти ни одного, происхождение которого восходит к молодой Солнечной системе.4,5 миллиарда лет геологии трансформировали, метаморфизировали или иным образом уничтожили эти предполагаемые земные остатки. Проще говоря, Земля была просто слишком суровой средой для того, чтобы эти первобытные материалы могли существовать так долго.
Но в дальних уголках Солнечной системы эта досолнечная пыль могла уцелеть. Мы уже летали по шлейфам комет, собирая частицы межпланетной пыли и анализируя их состав. Известно, что они содержат зерна аморфных силикатов крошечных субмикронных размеров, многие из которых не содержат углерода.
Также существует некоторое разнообразие относительных изотопов соединений, обнаруженных в разных образцах этой межпланетной пыли. Некоторые из них имеют аномальные соотношения одних элементов к другим, что свидетельствует о том, что они представляют собой сохранившуюся пыль, возникшую из межзвездной среды. Но ведутся споры о том, появились ли эти силикатные зерна до появления Солнечной системы или же они образовались в солнечной туманности в результате конденсации высокотемпературного газа. В новом исследовании под руководством Хоуп А. Исии состав частиц межпланетной пыли впервые нанесен на карту с разрешением в нанометровом масштабе.
Впервые в результате огромного открытия ее команда обнаружила, что некоторые из этих зерен аморфных силикатов также содержат тот же тип углерода, что и в протопланетных системах. То есть они содержат атомы углерода, связанные в водородосодержащие молекулы; то, что многие ученые классифицируют как «органический углерод». Подробное картирование, которое они сделали, впервые показало, что в этих частицах межпланетной пыли присутствуют два поколения агрегации зерен:
- ранняя генерация агрегатов с аморфными силикатами, покрытыми органическим углеродом, и
- органическая углеродная матрица более позднего поколения с более низкой плотностью, которая инкапсулирует зерна аморфного силиката.
Агрегация зерен - это ключевой процесс в процессе превращения пылинок в планетезимали, что в конечном итоге приводит к протопланетам, а затем к настоящим планетам, лунам и другим скалистым и ледяным телам, которые мы имеем сегодня. Но что самое примечательное в этих зернах, так это то, что они абсолютно доказывают, что эти силикатные зерна не образовались в солнечной туманности в результате конденсации высокотемпературного газа, а скорее предполагают, что они появились раньше Солнечной системы.
Причина проста: органическая углеродная матрица, которая инкапсулирует (и, следовательно, агрегируется вокруг) зерна аморфного силиката, подверглась бы термическому разложению, если бы когда-либо достигла температуры выше примерно 450 К. Напротив, все части солнечной туманности достигают температуры выше 1300 К, что указывает на то, что эти частицы пыли должны были образоваться в досолнечном молекулярном облаке или внешнем протопланетном диске.
Если мы хотим знать, откуда взялась наша Солнечная система и как она стала такой, какая она есть сегодня, нам абсолютно необходимо знать, из чего мы сформировались. Согласно их новой статье, команда Исии заявляет следующее:
Наши наблюдения ограничивают формирование [силикатных] зерен холодными и богатыми радиацией средами, что убедительно доказывает, что эти экзотические зерна, уникальные для относительно малоизвестного класса внеземного материала, пережили пыль из (переменной) межзвездная среда и, таким образом, исходные строительные материалы планетарных систем.
Впервые у нас есть доказательства двух поколений агрегации, происходящих в материале, которые привели к образованию планет и других твердых тел в нашей Солнечной системе. В этих свидетельствах мы видим предположения о том, что этот материал, сформировавшийся за пределами солнечной туманности, давшей начало Солнцу, содержит ранние материалы, которые позже попадут внутрь, чтобы породить миры, которые мы наблюдаем и в которых живем сегодня.
Наша наивная картина диска, который сильно нагревается, фрагментируется и охлаждается, образуя планеты, может быть безнадежно упрощена. Вместо этого мы узнали, что на самом деле это может быть холодный внешний материал, который держит ключ к нашему планетарному заднему двору. Если выводы Ishii et al. Бумага выдержала испытание временем, возможно, мы только что произвели революцию в нашем понимании того, как возникают все планетарные системы.