5 Minuten
Žemės gyvybingumo pradžia: kosmocheminis požiūris
Vienas esminių mokslinių klausimų yra, kodėl būtent Žemė iš visų uolinių Saulės sistemos planetų tapo tinkama gyvybei. Aplink mus – šalti, negyvi pasauliai, o mūsų planeta išsiskiria kaip šilta ir dinamiška vieta, kurioje galėjo vystytis biologinė evoliucija. Naujausi kosmochemijos – cheminių elementų pasiskirstymo kosmose tyrimų – pasiekimai padeda atskleisti, kokie kosminiai įvykiai nulėmė Žemės gebėjimą palaikyti gyvybę.
Ankstyvoji Saulės sistemos dinamika: chaoso teikiamos galimybės
Maždaug prieš 4,5 milijardo metų gimstanti Saulės sistema buvo pilna chaoso. Planetos formavosi iš dujų ir dulkių debesų: daugelis planetesimų (smulkių kietųjų kūnų) ir planetinių embrionų (didesnių planetų užuomazgų) susidurdavo bei jungdavosi. Skirtingai nei stabilios dabarties orbitos, šiame laikotarpyje reguliariai vyko didelio energijos kiekio susidūrimai, kurie formavo visą planetų sistemą.
Tarp šių susidūrimų Žemė gavo nemažai anglies turinčių chondritų – primityvių meteoritų, kurių sudėtyje yra lakių elementų, vandens ir netgi organinių medžiagų, pavyzdžiui, amino rūgščių. Tyrimai rodo, kad 5–10 % Žemės masės gali sudaryti anglingi pamatiniai kūnai, atgabenti per intensyvios bombardavimo eros laikotarpį. Ypač svarbus buvo gigantiškas susidūrimas su vadinamąja Teja – Marso dydžio kūnu, manoma sukūrusiu Mėnulį. Būtent ši kolizija greičiausiai tapo pagrindiniu svetingų medžiagų keliautoju į Žemę.
Kosmocheminiai įrodymai: angliniai ir neangliniai meteoritai
Pagrindinė klasifikacija planetų moksluose meteoritus skirsto į dvi kategorijas: anglinguosius chondritus (AC) ir neanglinius meteorus (NC). Manoma, kad AC susiformavo už Jupiterio ribų, kur žemesnė temperatūra leido kauptis vandens ledui ir organikai. Šie meteoritai yra turtingi lakiosiomis medžiagomis – elementais, lengvai išsiskiriančiais garais – ir jie aprūpina planetas ingredientais, būtinai gyvybei atsirasti. Priešingai, NC meteoritai, kaip geležiniai meteoritai, labiau paplito arčiau Saulės ir turi mažiau lakiųjų komponentų.
Toks pasiskirstymas rodo, kad Saulės sistemoje egzistavo dvi pagrindinės medžiagos talpyklos. Gana didelė Žemės AC dalis rodo specifišką pristatymo mechanizmą jos ankstyvoje raidoje – tikėtina, susijusį su Mėnulio formavimosi susidūrimu.
Teorijų tikrinimas Saulės sistemos simuliacijose
Siekdama patikrinti hipotezę, jog Teja į Žemę atnešė didžiulius kiekius anglingos medžiagos, Duarte Branco vadovaujama grupė iš Astrofizikos ir kosmoso mokslų instituto Lisabonoje atliko išsamias dinamines simuliacijas. Jų tyrimas, kuriamas žurnalui „Icarus“, modeliuoja chaotišką paskutiniųjų sausumos planetų formavimosi stadijų eigą taikant pažangius N-kūnų (N-body) modelius, kurie stebi daugelio objektų gravitacinius sąveikas.
Branco komanda simuliavo scenarijus, kuriuose kietosios medžiagos buvo padalintos į smulkius planetesimus, didelius embrionus arba jų mišinius. Eksperimentuose fiksuota, kaip AC ir NC medžiagos migruoja ir kaupiasi besiformuojančiose planetose, priklausomai nuo Saulės sistemos architektūros.
Milžinių planetų vaidmuo: Jupiterio ir Saturno dinamika
Pagrindinį vaidmenį šiose simuliacijose atlieka vadinamasis „Nice“ modelis, aprašantis, kaip Jupiteris ir Saturnas pakeitė savo orbitas po susiformavimo. Šie judesiai iššaukė stiprius gravitacijos trikdžius, kurie AC turtingą medžiagą iš tolimų Saulės ūko sričių perkėlė į vidinę Saulės sistemą, kur yra Žemė.
Simuliacijos, vykdytos su ir be tokio „planetinės nestabilumo“, leido nustatyti, kaip šie įvykiai veikė anglingo pristatymą į Žemę ir Marsą. Tyrimai patvirtino, kad planetų migracija, ypač Jupiterio orbitos pokyčiai, žymiai padidino anglingų chondritų kiekį, pasiekusį Žemę.
Tejos susidūrimas: lemiamas veiksnys Žemės tinkamumui gyventi
Vienas svarbiausių šių simuliacijų akcentų – hipotetinis jaunos Žemės ir Tejos – Marso dydžio protoplanetos – susidūrimas. Ankstesnė geocheminė analizė leidžia daryti išvadą, kad Teja turėjo būti itin anglinga, taigi ideali anglingos medžiagos „platintoja“.
Simuliacijos rodo, kad mišrių didelių embrionų ir smulkių planetesimų atvejais galutinis stambus susidūrimas (Teja) daugiau nei pusėje modeliavimo atvejų buvo turtingas AC. Maždaug 38,5 % atvejų smūgiuojantis kūnas buvo pirminis anglingasis embrionas, dar 13,5 % – neanglingasis, anksčiau „praturtėjęs“ per susiliejimą su AC turinčiu kūnu.
Šie rezultatai stiprina žinią, kad Mėnulio formavimosi susidūrimas ne tik sukūrė Žemės palydovą, bet ir papildė mūsų planetą esminėmis gyvybei būtinomis medžiagomis – ypač vandeniu ir anglies pagrindu suformuotais junginiais.
Susidūrimai, migracija ir sausumos planetų formavimasis
Komandos modeliai rodo, kad ankstyvoji Saulės sistema buvo sudaryta iš dviejų koncentrinių žiedų: vidinio uolinio ir išorinio, kupino anglingų chondritų. Uranui ir Neptūnui migruojant link vidaus, jų gravitacija daugybę AC planetesimų nubloškė į vidinę sistemą, taip papildydama sausumos planetų tūrį. Kai kurie šie kūnai liko asteroidų juostoje, o stambesni tapo potencialiais susidūrimo partneriais Žemei ir jos kaimynėms.
Simuliuoti kaupimosi (akrecijos) procesai rodo grandinę gigantiškų susidūrimų tarp embrionų ir smulkių planetesimų – procesą, pertraukiamą epizodiniais, bet lemiamais AC turinčių kūnų susidūrimais iš išorinės Saulės sistemos. Tokia evoliucijos eiga paaiškina ne tik dabartinių planetų masę ir orbitas, bet ir jų cheminės sudėties skirtumus – pavyzdžiui, kodėl Marsas turi žymiai mažiau AC nei Žemė.
Paskutinio gigantiško susidūrimo laikas
Branco simuliacijos rodo, kad paskutinis, Mėnulio formavimo susidūrimas galėjo įvykti praėjus 5–150 milijonų metų po dujų disko išnykimo, dauguma įvykių telkėsi 20–70 mln. metų intervale. Šis laikas gerai dera su kitais geocheminiais duomenimis ir Mėnulio kilmės teorijomis.
Ypač svarbu, kad anglingi embrionai ir planetesimai buvo gabenami viso Žemės ankstyvosios raidos laikotarpiu, tačiau didžiausias jų kiekis atiteko vėlyvojo, chaotiško etapo metu – būtent Mėnulio susidūrimo epochoje.
Platesnės pasekmės: Jupiteris ir gyvybingų pasaulių galvosūkis
Šie tyrimai ne tik detalizuoja Žemės cheminės sudėties kilmę, bet ir dar kartą pabrėžia Jupiterio reikšmę kaip kosminio „vartų sargo“. Milžiniškos planetos judėjimas padėjo suformuoti asteroidų juostą ir, svarbiausia, nukreipė anglingus kūnus į gyvybei tinkamą vidinę Saulės sistemos zoną. Šis ypatingas dinaminės ir cheminės sąveikos derinys rodo, kiek daug veiksnių privalo sutapti, kad planeta, tokia kaip Žemė, galėtų kurti palankias sąlygas gyvybei.
„Pagal mūsų scenarijų, paskutinysis didelis susidūrimas Žemėje turėjo AC komponentą apytikriai pusėje modelių,“ pažymi autoriai. Dažniausiai pati Teja buvo pirminis, nesumaišytas anglingasis kūnas, o likusiuose atvejuose anglingos medžiagos pridėta per ankstesnes fuzijas.
Rezultatai ypač svarbūs ieškant gyvybės už Saulės sistemos ribų. Būti žvaigždės gyvybineje zonoje – dar ne viskas; planetos cheminė sudėtis priklauso nuo serijos mažai tikėtinų įvykių – milžiniškų susidūrimų, planetų migracijos ir ilgo nuotolio lakiųjų medžiagų pristatymo.
Išvada
Nauji dinaminiai modeliai sustiprina hipotezę, kad ne vien savo vieta, bet ir milžiniškam, anglingam kūnui susidūrus su Žeme Žemė tapo gyvybinga planeta. Toks neeilinis scenarijus apjungia ankstyvosios planetų formavimosi chaotiškumą, milžiniškų planetų migraciją ir laimingą susidūrimą su Teja, padėjusį Žemei „pasėti“ vandenį ir organiką. Subtiliai suderinta smūgių ir gyvenimui būtinų elementų seka primena, kokie menki buvo šansai atsirasti gyvybei. Tolesni egzoplanetų sistemos tyrimai tik patvirtina: Žemės gyvybingumas priklausė ne tik nuo buvimo „tinkamoje vietoje“, bet ir nuo sudėtingos kosminės choreografijos, kurios retumą tik pradedame suprasti.
Quelle: universetoday
Kommentare