Asteroidai, kometos ir nykštukinės planetos

Asteroidai, kometos ir nykštukinės planetos

Planetų formavimosi likučiai, išsaugoti tokiose srityse kaip Asteroidų ir Koiperio juostos

1. Planetinių sistemų formavimosi liekanos

Protoplanetiniame diske, gaubusiame jauną Saulę, daugybė kietųjų kūnų susikaupė ir susidūrė, galiausiai planetoms formuotis. Vis dėlto ne visa medžiaga susijungė į šiuos stambius kūnus; liko planetesimalių ir iš dalies susiformavusių protoplanetų, išsibarsčiusių po sistemą, arba stabiliai įsikūrusių (pvz., Asteroidų juostoje tarp Marso ir Jupiterio) ar išmestų toli į Koiperio juostą ar Orto debesį. Šie maži objektai – asteroidai, kometos ir nykštukinės planetos – yra tarsi „fosilijos“ Saulės sistemos gimimo laikų, išlaikiusios ankstyvuosius sudėties ir struktūros bruožus, mažai paveiktus planetinių procesų.

  • Asteroidai: Uoliniai ar metaliniai kūnai, dažniausiai sutinkami vidinėje Saulės sistemos dalyje.
  • Kometos: Lediniai kūnai iš išorinių sričių, Saulės artumoje išskiriantys dujų/dulkių komą.
  • Nykštukinės planetos: Pakankamai masyvūs, beveik sferiniai objektai, bet neišvalę savo orbitų, pvz., Plutonas ar Cerera.

Šių liekanų tyrimai leidžia suprasti, kaip buvo išsidėsčiusi saulės ūkų medžiaga, kaip vyko planetų susidarymas ir kaip likusios planetesimalės suformavo galutines planetines architektūras.

2. Asteroidų juosta

2.1 Padėtis ir pagrindiniai bruožai

Asteroidų juosta driekiasi ~2–3,5 AV nuo Saulės tarp Marso ir Jupiterio orbitų. Nors dažnai vadinama „juosta“, ji iš tikrųjų apima plačią sritį su įvairesnėmis orbitinėmis inklinacijomis ir ekscentricitetais. Šioje srityje asteroidai varijuoja nuo Cereros (dabar priskirtos nykštukinėms planetoms, ~940 km skersmens) iki metro dydžio ar net smulkesnių nuolaužų.

  • Masyvumas: Visa juosta tėra ~4 % Mėnulio masės, tad labai toli iki masyvaus planetinio kūno.
  • Tarpsniai (Gaps): Kirkvudo tarpai egzistuoja ten, kur orbitiniai rezonansai su Jupiteriu išvalo orbitas.

2.2 Kilmė ir Jupiterio įtaka

Iš pradžių ten galėjo būti pakankamai masės, kad susidarytų Marso dydžio protoplaneta Asteroidų juostos srityje. Tačiau Jupiterio stipri gravitacija (ypač jei Jupiteris anksti susiformavo ir galimai kiek migravo) sujaukė asteroidų orbitas, pakėlė jų greičius ir neleido susijungti į didesnį objektą. Smūginė fragmentacija, rezonansinis išblaškymas ir kiti reiškiniai paliko tik dalį pirminės masės kaip ilgalaikius likučius [1], [2].

2.3 Sudėties tipai

Asteroidai pasižymi sudėties įvairove, priklausančia nuo atstumo nuo Saulės:

  • Vidinė juosta: S-tipo (uoliniai), M-tipo (metaliniams) asteroidai.
  • Vidurinė juosta: C-tipo (anglingi), jų dalis didėja tolyn.
  • Išorinė juosta: Turtingesni lakiųjų junginių, gali panašėti į Jupiterio šeimos kometas.

Spektriniai tyrimai ir meteoritų sąsajos rodo, kad dalis asteroidų yra dalinai diferencijuotų ar mažų primordinių planetesimalių likučiai, o kiti – primityvūs, niekada nepakankamai įkaitę, kad atskirtų metalus nuo silikatų.

2.4 Susidūriminės šeimos

Jei didesni asteroidai susiduria, jie gali sukurti daug frag­mentų su panašiomis orbitomis – susidūrimines šeimas (pvz., Koronis ar Temidės šeimos). Jų tyrimas padeda rekonstruoti praeities susidūrimus, pagerina supratimą, kaip planetesimalės reaguoja į didelius greičius, taip pat ir pačios Juostos dinaminę raidą per milijardus metų.

3. Kometos ir Koiperio juosta

3.1 Kometos – ledo planetesimalės

Kometos – ledo kūnai, kuriuose yra vandens ledo, CO2, CH4, NH3 ir dulkių. Artėjant prie Saulės, vykstanti lakiųjų medžiagų sublimacija sukuria komą ir paprastai du uodegas (joninę/gazinę ir dulkių). Jų orbitos dažnai ekscentriškos ar nuožulnios, todėl retkarčiais jos pasirodo vidinėje sistemoje kaip laikini reginiai.

3.2 Koiperio juosta ir transneptūniniai objektai

Už Neptūno, maždaug 30–50 AV nuo Saulės, tęsiasi Koiperio juosta – transneptūninių objektų (TNO) talpykla. Ši sritis gausi ledinių planetesimalių, tarp jų ir nykštukinių planetų, kaip Plutonas, Haumėja, Makemake. Kai kurie TNO (pvz., „Plutinos“) yra 3:2 rezonanse su Neptūnu, kiti priklauso išsklaidytam diskui, pasiekiant net šimtus AV atstumo.

  • Sudėtis: Daug ledo, anglingų medžiagų, gal organinių junginių.
  • Dinaminiai poskyriai: Klasikiniai KBO, rezonansiniai, išsklaidytieji TNO.
  • Reikšmė: Koiperio juostos objektai atskleidžia, kaip vystėsi išorinės ūkų dalys ir kaip Neptūno migracija suformavo orbitas [3], [4].

3.3 Ilgaperiodės kometos ir Orto debesis

Tiems, kurių perihe­lijos labai tolimos, ilgaperiodės kometos (orbitos >200 metų) kyla iš Orto debesies – didžiulio sferinio kometų rezervuaro dešimčių tūkstančių AV atstumu nuo Saulės. Praeinančios žvaigždės ar galaktiniai potvyniai gali stumtelėti Orto debesies kometą į vidų, sukuriant atsitiktinių inklinacijų orbitas. Šios kometos yra labiausiai nepakeisti kūnai, galintys turėti originalius lakiuosius ūkų laikų junginius.

4. Nykštukinės planetos: tiltas tarp asteroidų ir planetų

4.1 IAU kriterijai

2006 m. Tarptautinė astronomijos sąjunga (IAU) apibrėžė „nykštukinę planetą“ kaip dangaus kūną, kuris:

  1. Skraido tiesiogiai aplink Saulę (ne yra palydovas).
  2. Yra pakankamai masyvus, kad dėl savos gravitacijos būtų beveik sferiškas.
  3. Nėra išvalęs savo orbitinio regiono nuo kitų kūnų.

Cerera Asteroidų juostoje, Plutonas, Haumėja, Makemake, Eris Koiperio srityje yra ryškūs pavyzdžiai. Jie parodo pereinamuosius stambesnius kūnus – didesnius už tipinius asteroidus ar kometas, bet neturinčius pakankamos galios išvalyti savo orbitas.

4.2 Pavyzdžiai ir jų ypatybės

  1. Cerera (~940 km skersmens): Vandeningas ar molingas nykštukinis kūnas su šviesiomis karbonatinėmis dėmėmis – jos rodo galimą buvusį hidroterminį ar kriovulkaninį aktyvumą.
  2. Plutonas (~2370 km): Kadaise laikytas devinta planeta, dabar priskirtas nykštukinėms. Turi sudėtingą palydovų sistemą, ploną azoto atmosferą, įvairias paviršiaus sritis.
  3. Eris (~2326 km): Sklaidyto disko objektas, masyvesnis už Plutoną, atrastas 2005 m., kuris ir išprovokavo IAU planetų klasifikacijos pokyčius.

Šios nykštukinės planetos rodo, kad planetesimalių evoliucija gali išaugti net iki beveik ar dalinai diferencijuotų kūnų, peržengiančių ribą tarp didžiųjų asteroidų/ kometų ir mažųjų planetų.

5. Žvilgsnis į planetų formavimą

5.1 Ankstyvųjų stadijų liekanos

Asteroidai, kometos bei nykštukinės planetos vertintini kaip pirminiai likučiai. Jų sudėties, orbitų ir vidinių struktūrų tyrimai atskleidžia pirminį saulės ūkų radialinį pasiskirstymą (uolingas viduje, ledo išorėje). Jie taip pat rodo, kaip susiformavo planetos, bei kokie išsklaidymo epizodai neleido jiems susilieti į stambesnius kūnus.

5.2 Vandens ir organikos pernaša

Kometos (ir galbūt kai kurie anglingi asteroidai) yra pagrindiniai kandidatai, galėję pernešti vandenį bei organines medžiagas į vidines terestrines planetas. Žemės vandenyno kilmė iš dalies galėjo priklausyti nuo vėlyvo tokio atnešimo. Vandens izotopinio santykio (pvz., D/H) bei organinių žymių tyrimai kometose bei meteorituose padeda tikrinti šias hipotezes.

5.3 Smūginė evoliucija ir galutinė sistemos konfiguracija

Tokios masyvios planetos kaip Jupiteris ar Neptūnas smarkiai paveikė orbitas Asteroidų bei Koiperio juostose. Ankstyvojoje stadijoje gravitaciniai rezonansai ar išsklaidymas išsviedė daugybę planetesimalių iš Saulės sistemos arba pritraukė jas į vidų, sužadindami didžiulių bombardavimų epizodus. Analogiškai egzoplanetų sistemose likę planetesimalų telkiniai (debris belt) gali būti formuojami milžinių planetų migracijos ar išsklaidymo.

6. Dabartiniai tyrimai ir misijos

6.1 Asteroidų aplankymas ir mėginių pargabenimas

NASA Dawn tyrinėjo Vestą ir Cererą, atskleisdama skirtingus evoliucijos kelius – Vesta beveik „pilnas“ protoplaneta, o Cerera turi daug ledo bruožų. Tuo tarpu Hayabusa2 (JAXA) pargabeno pavyzdžius iš Rugu, OSIRIS-REx (NASA) – iš Bennu, gaunant tiesiogines duomenis apie anglingų ar metalinių asteroidų cheminę sudėtį [5], [6].

6.2 Kometų misijos

ESA Rosetta zondas orbitoje tyrinėjo 67P/Čuriumovo–Gerasimenko kometą, išleido nusileidimo modulį (Philae). Duomenys atskleidė akytą struktūrą, savitas organines molekules ir kintančio aktyvumo požymius artėjant prie Saulės. Būsimasis projektas (pvz., Comet Interceptor) gal sieks naujai aptiktų ilgaperiodžių ar net tarpžvaigždinių kometų, atskleisdamas dar nesuardytas lakiasias medžiagas.

6.3 Koiperio juosta ir nykštukinių planetų tyrimai

New Horizons misija 2015 m. aplankė Plutoną, pakeisdama supratimą apie šio nykštukinio kūno geologiją – aptikti azoto ledų „ledynai“, galbūt vidiniai vandenynai, egzotiškos ledo formos. Vėlesnis praskridimas pro Arrokoth (2014 MU69) parodė dvigubą kontaktinį darinį Koiperio juostoje. Ateityje gali vykti misijos į Haumėją ar Eridę – siekiant suprasti šių tolimų kūnų sandarą ir dinamiką dar giliau.

7. Egzoplanetiniai atitikmenys

7.1 Kitur esančių žvaigždžių nuolaužų diskai

Stebimos žvaigždžių „nuolaužų juostos“, būdingos pagrindinei sekai (pvz., β Pictoris, Fomalhautas), parodančios žiedų struktūras, atsirandančias dėl susidūrimų tarp likusių planetesimalių – analogiška mūsų Asteroidų ar Koiperio juostoms. Šie diskai gali būti „šilti“ ar „šalti“, valdomi ar pertvarkomi įsiterpusių planetų. Kai kuriose sistemose matomi egzokometų pėdsakai (trumpi spektriniai sugerties signalai) rodo aktyvią planetesimalių populiaciją.

7.2 Susidūrimai ir „spragos“

Egzoplanetų sistemose su milžinėmis planetomis išsklaidymas gali sukurti „išorines juostas“. Alternatyviai – rezonansiniai žiedai jei didelė planeta organizuoja planetesimales. Aukštos raiškos submilimetrinės stebėsenos (ALMA) kartais aptinka kelių juostų sistemas su tarpais vidury, panašią į mūsų sistemos kelių rezervuarų modelį (vidinė juosta kaip asteroidų, išorinė juosta – tarsi Koiperio).

7.3 Galimi egzonykštukiniai kūnai

Nors aptikti didelį transneptūninį egzokūną aplink kitą žvaigždę būtų sudėtinga, ateityje geresnis vaizdavimas ar radialinio greičio metodas galėtų aptikti „egzoplutonų“, atkartojančių Plutono ar Eridės vaidmenį – pereinamieji kūnai tarp ledu praturtintų planetesimalių ir mažų egzoplanetų.

8. Platesnė svarba ir ateities perspektyvos

8.1 Pirminio saulės ūkų įrašo saugotojai

Kometos bei asteroidai beveik neturi ar labai menkai teturi geologinio aktyvumo, todėl daugelis išlieka „laiko kapsulėmis“, rodančiomis senovinius izotopinius ir mineraloginius požymius. Nykštukinės planetos, jei pakankamai stambios, gali būti dalinai diferencijuotos, bet išlaiko pirmykščio įkaitimo ar kriovulkanizmo žymes. Šių kūnų tyrimas padeda atskleisti pradines formavimosi sąlygas bei vėlesnį milžinių planetų migracijos ar Saulės poveikio keitimąsi.

8.2 Ištekliai ir pritaikymas

Kai kurie asteroidai ir nykštukinės planetos patrauklūs kaip galimi (vandens, metalų, retų elementų) šaltiniai būsimai kosminei pramonei. Jų sudėties bei orbitinio prieinamumo pažinimas lemia artimiausius resursų naudojimo planus. Tuo tarpu kometos galėtų tiekti lakiųjų medžiagų tolimose tyrinėjimo misijose.

8.3 Misijos į išorinius kraštus

Po New Horizons sėkmės (aplankė Plutoną ir Arrokoth), svarstoma Koiperio juostos orbitinė misija ar nauji žygiai link Neptūno palydovo Tritono ar Orto debesies kometų. Tai galėtų gerokai plėsti mūsų žinias apie mažų kūnų dinamiką, cheminius pasiskirstymus ir galbūt paplitimą milžiniškų nykštukinių planetų tolimiausiose Saulės sistemos srityse.

9. Išvada

Asteroidai, kometos ir nykštukinės planetos nėra vien menkos kosminės nuolaužos, o veikiau planetų formavimosi blokai ir dalis nebaigtų kūrinių. Asteroidų juosta – tai neužbaigtas protoplanetinis regionas, kurį suardė Jupiterio gravitacija; Koiperio juosta išsaugo ledu praturtintas relikvijas iš išorinės ūko dalies, Orto debesis – prailgina šią talpyklą iki šviesmečio nuotolio. Nykštukinės planetos (Cerera, Plutonas, Eridė ir kt.) – parodo pereinamuosius atvejus: jos pakankamai didelės, kad būtų beveik sferiškos, bet nepakankamai dominuojančios išvalyti orbitas. Tuo tarpu kometos praskriedamos atskleidžia ryškius lakiųjų medžiagų signalus.

Šių kūnų tyrimas – per misijas, kaip Dawn, Rosetta, New Horizons, OSIRIS-REx ir kitas – leidžia mokslininkams gauti esminės informacijos apie Saulės sistemos architektūros formavimą, kaip vanduo bei organika galėjo atitekėti į Žemę, ir kaip egzoplanetų diskai veikia panašiai. Apjungus visus įrodymus, ryškėja bendra išvada: „mažieji kūnai“ yra kertiniai norint suprasti planetų surinkimo ir tolesnės raidos galvosūkį.

Nuorodos ir tolesnis skaitymas

  1. Morbidelli, A., & Nesvorný, D. (2020). “Origin and Dynamical Evolution of Comets and Their Reservoirs.” Space Science Reviews, 216, 64.
  2. Bottke, W. F., et al. (2006). “An asteroid breakup 160 Myr ago as the probable source of the K/T impactor.” Nature, 439, 821–824.
  3. Malhotra, R., Duncan, M., & Levison, H. F. (2010). “The Kuiper Belt.” Protostars and Planets V, University of Arizona Press, 895–911.
  4. Gladman, B., Marsden, B. G., & Vanlaerhoven, C. (2008). “Nomenclature in the Outer Solar System.” The Solar System Beyond Neptune, University of Arizona Press, 43–57.
  5. Russell, C. T., et al. (2016). “Dawn arrives at Ceres: Exploration of a small volatile-rich world.” Science, 353, 1008–1010.
  6. Britt, D. T., et al. (2019). “Asteroid Interiors and Bulk Properties.” In Asteroids IV, University of Arizona Press, 459–482.

```

Grįžti į tinklaraštį