Naukowcy badający roje meteorów odkryli znaczące różnice w sposobie rozpadu komet w miarę zbliżania się do Słońca, na które wpływają warunki ich powstawania w obrębie Słońca. dysk protoplanetarny 4,5 miliarda lat temu.
Badając właściwości fizyczne i chemiczne meteoroidów pochodzących z młodych rojów meteorów, naukowcy prześledzili te różnice aż do początków komet w różnych regionach naszego Układu Słonecznego.
Odkrywanie różnorodności komet
Międzynarodowy zespół 45 badaczy badający roje meteorów odkrył, że nie wszystkie komety kruszą się w ten sam sposób, gdy zbliżają się do Słońca. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Ikar w tym tygodniu przypisują te różnice warunkom panującym na dysku protoplanetarnym, na którym 4,5 miliarda lat temu powstały komety.
„Meteoidy, które widzimy na nocnym niebie jako meteoryty, mają wielkość małych kamyków” – powiedział główny autor i Instytut SETI I NASA Astronom meteorytowy Ames, Peter Jenniskens. „W rzeczywistości są tej samej wielkości co kamyki, które zapadły się w komety podczas formowania się naszego Układu Słonecznego”.
Zapadnięcie się kamyków i powstanie komety
Gdy powstał nasz Układ Słoneczny, maleńkie cząstki w dysku wokół młodego Słońca stopniowo rosły, aż osiągnęły rozmiar małych kamyków.
„Kiedy kamyki urosną na tyle, że nie będą już podróżować wraz z gazem, zostaną zniszczone w wyniku wzajemnych zderzeń, zanim będą mogły znacznie urosnąć” – powiedział Paul Estrada, planetolog i współautor z NASA Ames. „Zamiast tego komety i prymitywne asteroidy powstały, gdy chmury tych kamyków lokalnie zapadły się w ciała o wielkości kilometra i większe”.
Kruszenie się komet i deszcz meteorytów
Przenieśmy się o 4,5 miliarda lat: kiedy komety zbliżają się dzisiaj do Słońca, rozpadają się na mniejsze kawałki zwane meteoroidami. Meteoryty te krążą razem z kometą przez jakiś czas, a później mogą stworzyć rój meteorytów, gdy uderzą w ziemską atmosferę.
„Postawiliśmy hipotezę, że komety rozpadają się do rozmiarów kamyków, z których są zbudowane” – powiedział Jenniskens. „W takim przypadku rozkład wielkości oraz właściwości fizyczne i chemiczne młodych strumieni meteoroidów nadal zawierają informacje o warunkach panujących na dysku protoplanetarnym podczas tego zapadnięcia się”.
Zaawansowane techniki śledzenia meteorów
Jenniskens i jego zespół astronomów zawodowych i amatorów używają specjalnych kamer wideo pracujących przy słabym oświetleniu w sieciach na całym świecie do śledzenia meteorów w ramach sponsorowanego przez NASA projektu o nazwie „CAMS” – lub Kamery dla Allsky Meteor Surveillance.
„Kamery te mierzą ścieżki meteoroidów, wysokość, na jakiej znajdują się w momencie pierwszego zapalenia się, oraz sposób, w jaki zwalniają w atmosferze ziemskiej” – powiedział Jenniskens. „Wyspecjalizowane kamery zmierzyły skład niektórych z tych meteoroidów”.
Rodzaje komet i skład meteorów
Zespół zbadał 47 młodych rojów meteorów. Większość to okruchy dwóch rodzajów komet: Jupiter-rodzina komet z Dysku Rozproszonego Pas Kuipera poza Neptun oraz komety długookresowe z Obłoku Oorta otaczającego nasz Układ Słoneczny. Komety długookresowe poruszają się po znacznie szerszych orbitach niż komety z rodziny Jowisza i są znacznie luźniej utrzymywane przez grawitację Słońca.
Wzory fragmentacji i kosmiczne pochodzenie
„Odkryliśmy, że komety długookresowe (Obłok Oorta) często rozpadają się do rozmiarów wskazujących na łagodne warunki akrecji” – powiedział Jenniskens. „Ich meteoroidy mają niską gęstość. Strumienie meteoroidów zawierają dość stałe 4% rodzaju meteoroidów stałych, które były podgrzewane w przeszłości, a teraz jaśnieją jedynie głębiej w atmosferze ziemskiej i zazwyczaj są ubogie w pierwiastek sód.
Z drugiej strony komety z rodziny Jowiszów zwykle rozpadają się na mniejsze, gęstsze meteoroidy. Mają też średnio wyższą zawartość materiałów stałych wynoszącą 8% i wykazują większą różnorodność w tej zawartości.
„Doszliśmy do wniosku, że komety z rodziny Jowiszów składają się z kamyków, które osiągnęły punkt, w którym fragmentacja stała się istotna w ewolucji ich wielkości” – powiedział Estrada. „Oczekuje się, że bliżej Słońca będzie większa domieszka materiałów, które były podgrzewane w przeszłości”.
Prymitywne asteroidy i ruchy protoplanetarne
Prymitywne asteroidy powstały jeszcze bliżej Słońca, choć wciąż poza orbitą Jowisza. Te asteroidy wytwarzają roje meteorów zawierające jeszcze mniejsze cząstki, co pokazuje, że ich kamyki, z których zbudowane są, uległy jeszcze bardziej agresywnej fragmentacji.
„Chociaż w obu grupach są wyjątki, wynika z nich, że większość komet długookresowych powstawała w łagodniejszych warunkach wzrostu cząstek, prawdopodobnie w pobliżu krawędzi 30 jednostek astronomicznych Dysku Transneptunowego” – powiedział Estrada. „Większość komet z rodziny Jowiszów powstała bliżej Słońca, gdzie kamyki dotarły do bariery fragmentacyjnej lub ją przekroczyły, podczas gdy prymitywne asteroidy powstały w regionie, w którym powstały jądra planet-olbrzymów”.
Historia kosmiczna i zachowania komet
Jak to możliwe? Podczas gdy gigantyczne planety rosły, Neptun wysunął się na zewnątrz i rozproszył komety i asteroidy z pozostałego dysku protoplanetarnego. Ten ruch na zewnątrz prawdopodobnie stworzył zarówno Rozproszony Dysk Pasa Kuipera, jak i Obłok Oorta. To pozwalałoby przewidzieć, że zarówno komety długookresowe, jak i komety z rodziny Jowisza mają te same właściwości, ale zespół odkrył inaczej.
„Możliwe, że gwiazdy i obłoki molekularne w regionie narodzin Słońca wcześnie zakłóciły szerokie orbity komet Obłoku Oorta, a komety długookresowe, które dzisiaj widzimy, zostały rozproszone na takich orbitach dopiero w czasie, gdy Słońce się przesunęło z tego regionu” – powiedział Jenniskens. „Dla kontrastu, komety z rodziny Jowiszów zawsze poruszały się po krótszych orbitach i pobierały próbki wszystkich obiektów rozproszonych przez Neptuna w drodze na zewnątrz”.
Odniesienie: „Właściwości kamyków zewnętrznego układu słonecznego podczas formowania się planetozymali na podstawie obserwacji meteorów”: Peter Jenniskens, Paul R. Estrada, Stuart Pilorz, Peter S. Gural, Dave Samuels, Steve Rau, Timothy MC Abbott, Jim Albers, Scott Austin, Dan Avner, Jack W. Baggaley, Tim Beck, Solvay Blomquist, Mustafa Boyukata, Martin Breukers, Walt Cooney, Tim Cooper, Marcelo De Cicco, Hadrien Devillepoix, Eric Egland i Dante S. Lauretta, 26 lipca 2024 r., Ikar.
DOI: 10.1016/j.icarus.2024.116229
