14 января 2015 года на сайте журнала Nature была опубликована статья про моделирование образования хондр — затвердевших структур из расплавленного камня, содержащихся в бо́льшей части метеоритов. Один из авторов этого исследования, доктор Брендон Джонсон из Массачусетского технологического института, прокомментировал результаты работы для англоязычного издания ИД «ПостНаука» Serious Science.

Что произошло

Хондры, размер которых не превышает миллиметра в диаметре, находятся практически в каждом метеорите. Они являются одним из старейших известных типов твердых веществ в Солнечной системе и, конечно, содержат важную информацию о возникновении Солнечной системы, однако их собственное происхождение остается загадкой.

Сначала мы смоделировали столкновения протопланет на скорости от одного до шести километров в секунду. Мы обратили внимание, что при столкновениях на скорости ниже 2,5 км/с практически не происходит выбросов расплавленных веществ со скоростью, превышающей вторую космическую для данных тел.

Затем с помощью метода Монте-Карло мы исследовали места, где наблюдались такие столкновения, размер участвующих в этом процессе тел и скорости соударений. В силу того, что газ в протопланетной туманности снижает относительные скорости тел, мы пришли к выводу, что необходимо попадание тела размером от астероида Веста до Луны (500–3500 км в диаметре) в тело лунного размера, чтобы скорость соударения превысила 2,5 км/с.

Используя эти данные, мы получили оценки общей массы хондр, получающихся в результате каждого столкновения. Мы пришли к выводу, что в столкновениях небесных тел появляется более чем достаточно хондр, для того чтобы можно было объяснить их изобилие в метеоритах. Мы также обнаружили, что расплавленное вещество, выбросы которого происходят в результате этих столкновений, распадается на небольшие капли примерно миллиметрового размера.

Наконец, мы использовали модель переноса излучения для определения скорости охлаждения брызг из расплавленных капель. Мы обнаружили, что брызги расплавленных капель, которые появляются в результате столкновения тел размером от Весты до Луны (как было предсказано моделированием), охлаждаются со скоростью от 10 до 1000 кельвинов в час. Эта скорость охлаждения согласуется с результатами лабораторных исследований, в которых воспроизводится вулканическая текстура хондр.

Предыстория

Недавние работы указывают на то, что хондры сформировались в среде, где их концентрация, или «пылевое обогащение», была очень высока, намного больше, чем могло образоваться в солнечной туманности. Эти открытия стали возможны благодаря исследованиям легко испаряющегося содержимого хондрового оливина, а также детальному химическому моделированию. Эта работа ставит под вопрос широко распространенную теорию о том, что хондры сформировались в ударных волнах в туманности. Производимые соударениями брызги были предложены как возможное объяснение высокого пылевого обогащения.

Ранее я работал над проблемой ударно-взрывного породообразования. Наиболее известным результатом этого процесса является мел-палеогеновая граница, которая хронологически связана с концом эры динозавров. В той работе я смоделировал формирование ударных сферул — образований миллиметрового размера, которые ранее являлись расплавленными каплями, образовавшимися в результате падения тела на Землю. Для меня и моих коллег было абсолютно очевидно, что если хондры появились в результате столкновений, то они имеют много общего с ударными сферулами. Так мы и решили проверить, могут ли столкновения приводить к образованию хондр.

Перспективы

Теперь, когда причины формирования хондр определены, мы сможем обратить внимание на более ранние периоды формирования планет. Более подробные исследования хондр и более сложные модели их формирования, а также последующих событий могут помочь нам понять, когда появились протопланеты, каков был их состав и что собой представляла солнечная туманность в динамическом смысле. Лично я больше всего заинтересован в возможности проверить так называемую гипотезу Grand Tack, согласно которой Сатурн и Юпитер в прошлом вторглись во внутреннюю Солнечную систему, а лишь затем перешли на свои современные позиции.