Planeetide moodustumise jäänused, mis on säilinud sellistes piirkondades nagu Asteroidirõngas ja Kuiperi vöönd
1. Planeedisüsteemide moodustumise jäänused
Protoplaneedis ketas, mis ümbritseb noort Päikest, on kogunenud ja põrkunud palju tahkeid kehi, mis lõpuks planeetide moodustumiseks kokku said. Kuid kogu materjal ei ühinenud nendeks suurteks kehadeks; süsteemis on jäänud planeesimale ja osaliselt moodustunud protoplaneete, mis on laiali laotunud või stabiilselt paiknenud (nt Asteroidirõngas Marsi ja Jupiteri vahel) või visatud kaugele Kuiperi vööndisse või Orti pilve. Need väikesed objektid – asteroidid, komeedid ja kääbusplaneedid – on nagu Päikesesüsteemi sünniaja „fossiilid“, säilitades varajase koostise ja struktuuri tunnused, mida planeetide protsessid vähe mõjutavad.
- Asteroidid: Kivised või metallilised kehad, enamasti sisemises Päikesesüsteemis.
- Komeedid: Jääkehadega välispiirkondadest, Päikese lähedal eraldavad gaasi/puru koma.
- Kääbusplaneedid: Piisavalt massiivsed, peaaegu sfäärilised objektid, kuid pole oma orbiite puhastanud, nt Pluuto või Cerese.
Nende jäänuste uurimine võimaldab mõista, kuidas oli jaotunud päikesesüsteemi materjal, kuidas toimus planeetide teke ja kuidas ülejäänud planetesimaalid moodustasid lõplikud planeedisüsteemid.
2. Asteroidivöö
2.1 Asend ja põhijooned
Asteroidivöö ulatub umbes 2–3,5 AV Päikesest Marsi ja Jupiteri orbiitide vahel. Kuigi seda sageli nimetatakse „vööks“, hõlmab see tegelikult laia piirkonda mitmekesisemate orbiidi kallete ja eksentrilisustega. Selles piirkonnas varieeruvad asteroidid Cerese (praegu klassifitseeritud kääbusplaneediks, ~940 km läbimõõduga) kuni meetri suuruste või isegi väiksemate fragmentideni.
- Massiivsus: Kogu vöö mass on vaid ~4 % Kuu massist, seega kaugel massiivsest planeedikehast.
- Vahed (Gaps): Kirkwoodi vahed eksisteerivad seal, kus Jupiteriga orbiidiresonantsid puhastavad orbiite.
2.2 Päritolu ja Jupiteri mõju
Alguses võis seal olla piisavalt massi, et moodustuks Marssi suurune protoplaneet asteroidivöö piirkonnas. Kuid Jupiteri tugev gravitatsioon (eriti kui Jupiter tekkis varakult ja võis veidi liikuda) häiris asteroidide orbiite, tõstis nende kiirusi ja takistas suurema objekti tekkimist. Mõjutusfragmentatsioon, resonantsiline hajumine ja muud nähtused jätsid alles vaid osa algsest massist pikaajaliste jäänustena [1], [2].
2.3 Koostise tüübid
Asteroidid on koostiselt mitmekesised, sõltuvalt kaugusest Päikesest:
- Sisemine vöö: S-tüüpi (kivised), M-tüüpi (metallilised) asteroidid.
- Keskvöö: C-tüüpi (süsinikurikkad), nende osakaal suureneb kaugemale liikudes.
- Välimine vöö: Rikkam lenduvate ühendite poolest, võib sarnaneda Jupiteri perekonna komeetidega.
Spektraalsed uuringud ja meteoriitide seosed näitavad, et osa asteroididest on osaliselt diferentseerunud või väikeste primaarsete planetesimaalide jäänused, teised aga primitiivsed, kunagi piisavalt kuumaks mitte läinud, et metallid silikaatidest eraldada.
2.4 Kokkupõrkeperesid
Kui suuremad asteroidid põrkuvad kokku, võivad nad tekitada palju fragmente sarnaste orbiitidega – kokkupõrkeperesid (nt Koronise või Temise perekonnad). Nende uurimine aitab rekonstrueerida mineviku kokkupõrkeid, parandab arusaama, kuidas planetesimaalid reageerivad suurtele kiirustele, samuti ka Vöö enda dünaamilist arengut miljardite aastate jooksul.
3. Komeedid ja Kuiperi vöö
3.1 Komeedid – jääplaneesimaalid
Komeedid – jääkehad, mis sisaldavad vee jääd, CO2, CH4, NH3 ja tolmu. Päikesele lähenedes põhjustab lenduvate ainete sublimatsioon koma ja tavaliselt kaks saba (iooniline/gaasiline ja tolmune). Nende orbiidid on sageli eksentrilised või kaldu, mistõttu ilmuvad nad aeg-ajalt sisemises süsteemis ajutiste nähtustena.
3.2 Kuiperi vöö ja transneptuunilised objektid
Neptuuni taga, umbes 30–50 AE Päikesest, ulatub Kuiperi vöö – transneptuuniliste objektide (TNO) reservuaar. See piirkond on rikas jääplaneesimaalide poolest, sealhulgas kääbusplaneetide nagu Pluto, Haumea, Makemake. Mõned TNO-d (nt „Plutinoid“) on Neptuuniga 3:2 resonantsis, teised kuuluvad hajutatud kettasse, ulatudes isegi sadade AE kaugusele.
- Koostis: Rohkelt jääd, süsinikurikkaid aineid, võimalik orgaanilisi ühendeid.
- Dünaamilised alamgrupid: Klassikalised KBO-d, resonantsilised, hajutatud TNO-d.
- Tähtsus: Kuiperi vöö objektid paljastavad, kuidas arenesid välised Päikesesüsteemi osad ja kuidas Neptuuni migratsioon kujundas orbiite [3], [4].
3.3 Pika perioodiga komeedid ja Oorti pilv
Neile, kelle perihelium on väga kaugel, pärinevad pika perioodiga komeedid (orbiidiperiood >200 aastat) Oorti pilvest – tohutust sfäärilisest komeede reservuaarist kümnete tuhandete AE kaugusel Päikesest. Läbivad tähed või galaktilised tõusud võivad Oorti pilve komeedid sisemusse lükata, tekitades juhuslike kaldenurkadega orbiite. Need komeedid on kõige vähem muutunud kehad, mis võivad sisaldada originaalseid lenduvaid ühendeid Päikesesüsteemi algusaegadest.
4. Kääbusplaneedid: sild asteroidide ja planeetide vahel
4.1 IAU kriteeriumid
2006. aastal määratles Rahvusvaheline Astronoomia Liit (IAU) „kääbusplaneedi“ kui taevakeha, mis:
- Tiirleb otse ümber Päikese (ei ole kaaslane).
- On piisavalt massiivne, et oma gravitatsiooni tõttu oleks peaaegu sfääriline.
- Ei ole puhastanud oma orbiidipiirkonda teistest kehade eest.
Cerera asteroidivöös, Pluto, Haumea, Makemake, Eris Kuiperi vöö piirkonnas on silmapaistvad näited. Need näitavad ülemineku suuremaid kehasid – suuremaid kui tüüpilised asteroidid või komeed, kuid mitte piisavalt võimsaid oma orbiitide puhastamiseks.
4.2 Näited ja nende omadused
- Cerera (~940 km läbimõõt): Vee- või kivine kääbuskeha heledate karbonaatlaikudega – need viitavad võimalikule varasemale hüdrotermilisele või krüovulkaanilisele aktiivsusele.
- Pluto (~2370 km): Kunagi peeti üheksandaks planeediks, nüüd klassifitseeritud kääbusplaneediks. Omab keerukat kaaslaste süsteemi, õhukest lämmastiku atmosfääri ja mitmesuguseid pinnavööndeid.
- Eris (~2326 km): Hajunud ketta objekt, Pluto massiivsem, avastatud 2005. aastal, mis põhjustas IAU planeetide klassifikatsiooni muutused.
Need kääbusplaneedid näitavad, et planetesimaalide evolutsioon võib ulatuda peaaegu või osaliselt diferentseerunud kehadeks, ületades piiri suurte asteroidide/komeetide ja väikeste planeetide vahel.
5. Pilk planeetide moodustumisele
5.1 Varajaste staadiumite jäänused
Asteroidid, komeedid ja kääbusplaneedid tuleks pidada esmaseks jäänukiks. Nende koostise, orbiitide ja sisemiste struktuuride uuringud paljastavad päikesesüsteemi radiaalse jaotuse (kivine sees, jää väljas). Need näitavad ka, kuidas planeedid moodustusid ja millised hajumise episoodid takistasid neil suuremateks kehadeks sulandumist.
5.2 Vee ja orgaanika transport
Komeedid (ja võib-olla mõned süsinikurikkad asteroidid) on peamised kandidaadid vee ja orgaaniliste ainete toimetamiseks sisemistele maismaaplaneetidele. Maa ookeanide päritolu võis osaliselt sõltuda hilisest sellisest toimetamisest. Vee isotoopide (nt D/H) ja orgaaniliste markerite uuringud komeetides ja meteoriitides aitavad neid hüpoteese kontrollida.
5.3 Mõjutuste evolutsioon ja süsteemi lõplik konfiguratsioon
Sellised massiivsed planeedid nagu Jupiter ja Neptuun on tugevalt mõjutanud asteroidivöö ja Kuiperi vöö orbiite. Varases staadiumis heitlikud resonantsid või hajumine viskasid palju planetesimaale Päikesesüsteemist välja või tõmbasid neid sissepoole, vallandades suuri pommitamise episoode. Sarnaselt võivad eksoplaneedisüsteemides jäänud planetesimaalide kogumikud (debris belt) tekkida hiidplaneetide migratsiooni või hajumise tõttu.
6. Praegused uuringud ja missioonid
6.1 Asteroidide külastamine ja proovide toomine
NASA Dawn uuris Vestat ja Cererat, paljastades erinevaid evolutsiooniteid – Vesta on peaaegu "täielik" protoplaneet, Cereral on palju jää tunnuseid. Samal ajal tõi Hayabusa2 (JAXA) proove Rugult, OSIRIS-REx (NASA) – Bennult, saades otseseid andmeid süsinikurikka või metallilise asteroidide keemilise koostise kohta [5], [6].
6.2 Komeetide missioonid
ESA Rosetta sond uuris orbiidil 67P/Čuriumovo–Gerasimenko komeeti, saates maandumismooduli (Philae). Andmed paljastasid poorse struktuuri, iseloomulikud orgaanilised molekulid ja muutuvat aktiivsust Päikesele lähenedes. Tulevane projekt (nt Comet Interceptor) võib püüda uusi avastatud pika perioodiga või isegi tähtedevahelisi komeete, paljastades veel lagunemata lenduvaid aineid.
6.3 Kuiperi vöö ja kääbusplaneetide uurimine
New Horizons missioon külastas 2015. aastal Pluutot, muutes arusaama selle kääbuskeha geoloogiast – avastati lämmastikujää "liustikud", võimalikud sisemised ookeanid, eksootilised jäävormid. Hilisem lend mööda Arrokothi (2014 MU69) näitas Kuiperi vöö topeltkontaktset struktuuri. Tulevikus võivad toimuda missioonid Haumea või Erida juurde – et mõista nende kaugete kehade struktuuri ja dünaamikat veelgi sügavamalt.
7. Eksoplaneedi vasted
7.1 Muude tähtede prahikettad
Täheldatud tähtede "prahtvööd", mis on tüüpilised peasekvensile (nt β Pictoris, Fomalhaut), näitavad rõngastruktuure, mis tekivad planeetidevaheliste planetesimaalide kokkupõrgetest – analoogsed meie asteroidide või Kuiperi vöödele. Need kettad võivad olla "soojad" või "külmad", juhitud või ümberkorraldatud sekkunud planeetide poolt. Mõnes süsteemis on nähtavad eksokomeetide jäljed (lühikesed spektraalsed neeldumissignaalid), mis viitavad aktiivsele planetesimaalide populatsioonile.
7.2 Kokkupõrked ja "augud"
Eksoplaneedisüsteemides hiidplaneetidega võib hajumine luua "välimisi vöösid". Alternatiivselt – resonantsrõngad, kui suur planeet organiseerib planetesimaale. Kõrge eraldusvõimega submillimeetrilised vaatlused (ALMA) avastavad mõnikord mitme vöö süsteeme vahedega keskel, sarnased meie süsteemi mitme reservuaariga mudelile (sisemine vöö nagu asteroidide, välimine vöö – nagu Kuiperi).
7.3 Võimalikud ekskääbuskehad
Kuigi on keeruline avastada suurt transneptuunilist eksokeha ümber teise tähe, võiks tulevikus parem pildistamine või radiaalkiiruse meetod avastada "eksluutoneid", mis kordavad Pluuto või Eridat – üleminekuobjekte jääga rikastatud planetesimaalide ja väikeste eksoplaneetide vahel.
8. Laiem tähtsus ja tuleviku perspektiivid
8.1 Päikesesüsteemi algsete kirjetega hoidjad
Komeetidel ja asteroididel puudub peaaegu täielikult või on väga vähe geoloogilist aktiivsust, mistõttu paljud neist on "aegkapslid", mis näitavad iidseid isotopilisi ja mineraloogilisi tunnuseid. Kääbusplaneedid, kui piisavalt suured, võivad olla osaliselt diferentseerunud, kuid säilitavad esialgse soojenemise või krüovulkanismi jäljed. Nende kehade uurimine aitab avastada esialgseid moodustumistingimusi ning hilisemat hiidplaneetide migratsiooni või Päikese mõju muutumist.
8.2 Ressursid ja rakendamine
Mõned asteroidid ja kääbusplaneedid on atraktiivsed kui võimalikud (vee, metallide, haruldaste elementide) allikad tulevasele kosmosetööstusele. Nende koostise ja orbiidilise ligipääsetavuse tundmine määrab lähimad ressursside kasutamise plaanid. Samal ajal võiks komeet varustada lenduvaid aineid kaugetes uurimisretkedes.
8.3 Missioonid välispiirkondadesse
Pärast New Horizons edu (külastas Pluutot ja Arrokothi) kaalutakse Kuiperi vöö orbiidimissiooni või uusi retki Neptuuni kuu Tritoni või Oorti pilve komeetide suunas. See võiks oluliselt laiendada meie teadmisi väikeste kehade dünaamikast, keemilisest jaotusest ning võib-olla ka tohutute kääbusplaneetide levikust Päikesesüsteemi kaugeimates piirkondades.
9. Kokkuvõte
Asteroidid, komeedid ja kääbusplaneedid ei ole lihtsalt kosmilised killud, vaid pigem planeetide moodustumise plokid ja osad lõpetamata kehadele. Asteroidirõngas on lõpetamata protoplaneetide piirkond, mida on häirinud Jupiteri gravitatsioon; Kuiperi vöö säilitab jääga rikastatud reliikviaid välise udu osa piirkonnast, Oorti pilv pikendab seda hoidlat valgusaasta kaugusele. Kääbusplaneedid (Cerera, Pluuto, Eris jt) näitavad ülemineku juhtumeid: nad on piisavalt suured, et olla peaaegu sfäärilised, kuid mitte piisavalt domineerivad, et oma orbiite puhastada. Samal ajal paljastavad komeedid lendudes selged lenduvate ainete signaalid.
Nende kehade uurimine – missioonide kaudu nagu Dawn, Rosetta, New Horizons, OSIRIS-REx ja teised – võimaldab teadlastel saada olulist teavet Päikesesüsteemi arhitektuuri kujunemise kohta, kuidas vesi ja orgaanika võisid Maale jõuda ning kuidas eksoplaneetide kettad toimivad sarnaselt. Kõigi tõendite ühendamisel ilmneb üldine järeldus: „väikesed kehad“ on võtmetähtsusega planeetide kogunemise ja edasise arengu mõistmiseks.
Nuorodos ir tolesnis skaitymas
- Morbidelli, A., & Nesvorný, D. (2020). „Komeetide ja nende reservuaaride päritolu ja dünaamiline evolutsioon.“ Space Science Reviews, 216, 64.
- Bottke, W. F., et al. (2006). „Asteroidi lagunemine 160 miljonit aastat tagasi kui tõenäoline K/T mõrvarobjekti allikas.“ Nature, 439, 821–824.
- Malhotra, R., Duncan, M., & Levison, H. F. (2010). „Kuiperi vöö.“ Protostars and Planets V, University of Arizona Press, 895–911.
- Gladman, B., Marsden, B. G., & Vanlaerhoven, C. (2008). „Nomenklatuur välises Päikesesüsteemis.“ The Solar System Beyond Neptune, University of Arizona Press, 43–57.
- Russell, C. T., et al. (2016). „Dawn jõuab Ceresele: väikese, lenduvaterikaste maailmade uurimine.“ Science, 353, 1008–1010.
- Britt, D. T., et al. (2019). „Asteroidide sisemused ja üldised omadused.“ Teoses Asteroids IV, University of Arizona Press, 459–482.
```