Uolinių maailmade kujundamine

Noore tähe ketas on tavaliselt tähele lähemal kuumem, kuigi kuumenemine sõltub ka kõrgusest, akretsioonist ja varjudest. Silikaatmineraalid ja metallid võivad püsida tahkena temperatuuril, mille juures paljud lenduvad ained on gaasilised. Need kuumuskindlad ehk refraktaarsed ained moodustavad suure osa kiviplaneedi massist.[2]

Lumepiir sõltub konkreetsest ainest

Niinimetty veest lumepiir tähistab üleminekut veeauru ja veejää vahel kohalikes tingimustes. Süsinikdioksiidil ja süsinikmonooksiidil on oma üleminekupiirid. Ketta muutudes need piirid liiguvad; pole kindlat kaugust, mis eraldaks kõik kivimid kogu jääst.[3]

Jäävaba aine ei pruugi olla vesinikuvaba ega puududa sellest kõik vett sisaldavad ained. Osa neist võib olla seotud mineraalides või muudes tahketes faasides ning ainet võib saabuda ka mujalt. Ketta keemia ja ainete liikumine muudavad ühtlaselt kuiva sisepiirkonna kujutluse keerukamaks.[4], [5]

Planeedi praegune orbiit ei ole tema sünnitunnistus

Tahke aine triivib, kehad hajutavad üksteist gravitatsiooniliselt ning kasvavad planeedid vahetavad kettaga nurkkiirust. Seetõttu võib kivine maailm koguda aineid mitmest piirkonnast ja jõuda lõpuks teisele orbiidile kui see, kus tekkisid tema kõige varasemad algkehad.[6]

Tolm peab esmalt läbima keerukad kokkukleepumise, killustumise ja triivi etapid. Osakeste kogumid võivad omaenda gravitatsiooni mõjul kokku vajuda ja moodustada planetesimaale. Juba tekkinud algkehad võivad hiljem kasvada planetesimaalidega kokku põrgates, gaasi abil kivikesi püüdes või mõlemal viisil.[2]

Gravitatsiooniline fokuseerimine võib aidata suurematel kehadel põrkuda kokku suurema hulga ainega. Kiireneva kasvu käigus kasvavad mõned kehad proportsionaalselt kiiremini kui nende väiksemad naabrid. Aja jooksul häirib nende gravitatsiooniline mõju ümbritsevate kehade liikumist, suurendades lähikohtumiste kiirust ja nõrgendades varasemat eelist.[7]

Suurimad kehad hakkavad oma keskkonda valitsema

Oligarhilise kasvu käigus hakkavad mõned ligikaudu sama massiga embrüod valitsema naaberpiirkondades, kus nad ainet koguvad. Nad häirivad väiksemate kehade liikumist ja liidavad neid endaga, piirates samal ajal üksteisele vahetult kättesaadavaid ainevarusid. Väljastpoolt saabuv aine võib seda tasakaalu siiski muuta.[8]

Gaasitakistus ja gravitatsiooniline vastasmõju kettaga võivad orbitaalseid häiritusi summutada, samas kui ketta pöördemomendid võivad põhjustada rännet. Kuni gaasi jätkub, võivad embrüod kokku põrgata või lukustuda omavahel seotud orbiitide konfiguratsioonidesse. Gaasi hajudes muutuvad mõned konfiguratsioonid ebastabiilseks, mistõttu võivad tekkida uued lähikohtumised.[6]

Planeetide embrüote kokkupõrge võib muuta mõlema keha kuju. Olenevalt kiirusest, nurgast ja masside suhtest võivad need ühineda, vahetada materjali ja eralduda või kaotada suure hulga materjali prahi kujul. Vabanenud energia võib kivimeid sulatada või aurustada ning atmosfääri muuta. Pärast hiiglaslikku kokkupõrget ei jää alati alles üks suurem terviklik planeet.[9]

Need võimalused sõltuvad konkreetsest kokkupõrkest. Iga kokkupõrke modelleerimisel täieliku ühinemisena jäävad arvestamata olulised võimalikud tulemused.[9]

Kuu annab tunnistust ühest eriti olulisest sündmusest

Kuu päritolu peamiste mudelite järgi tekkis see hiiglasliku kokkupõrke tagajärjel, mille läbi elas kasvav Maa. Teadlased kontrollivad kokkupõrke stsenaariume Maa-Kuu süsteemi liikumise, Kuu koostise ja isotoopmõõtmiste põhjal. Kokkupõrganud keha omadused, kokkupõrke geomeetria ja sellele järgnenud areng on endiselt aktiivse uurimistöö teemad.[10]

Erinevad kellad talletavad kasvu eri etappe

Paljude mudelite järgi kujunes Maa kümnete miljonite aastate jooksul. Marss näib olevat suurema osa oma massist kogunud varem, kuid täpne kasvukäik sõltub sellest, kuidas tõlgendatakse isotoopandmeid ja kokkupõrgete käigus toimunud keemilist segunemist.[7], [11]

Gaasi hajumine, hiiglaslikud kokkupõrked, tuuma moodustumine ja jahtumine toimuvad osaliselt samal ajal. Pole universaalset järjestust, mille järgi üks protsess lõpeks kõikjal enne järgmise algust.

Kasvavatel planeetidel on mitu soojusallikat. Kokkupõrked muudavad liikumisenergia soojuseks, materjali gravitatsiooniline eraldumine vabastab energiat ning radioaktiivsed elemendid lagunevad. Alumiinium-26 oli eriti oluline kehade puhul, mis tekkisid piisavalt vara, et sisaldada märkimisväärses koguses seda lühiealist isotoopi.[13]

Raudmeteoriidid näitavad, et mõnel varajasel planetesimaalil olid diferentseerumise tulemusena tekkinud metalltuumad juba olemas. Seega võis planeet kujuneda kehadest, milles koostisosad hakkasid eralduma palju varem, kui planeet saavutas oma lõpliku massi.[14]

Diferentseerumine toimub planeedi kasvades

Kui metall võib silikaatmaterjalist eralduda, liigub tihe metallvedelik keskme poole ja aitab kaasa tuuma kujunemisele. Ümbritsevad silikaadid moodustavad suurema osa vahevööst. Keemilised reaktsioonid, rõhk, temperatuur ja hapnikusisaldus mõjutavad elementide jaotumist nende piirkondade vahel.[15]

Magmao ookean – etapp, mitte püsiv vahevöö

Tugev kuumenemine võib moodustada suuri sulanud silikaatide piirkondi, mida mõnikord nimetatakse magmao ookeaniks. Jahtudes võivad tekkida kristallid, keemilised ained jaotuvad ümber ning lenduvad ained võivad atmosfääriga vahetuda. Hilisemad kokkupõrked võivad keha osaliselt uuesti sulatada ja mõned neist protsessidest uuesti käivitada. Maakoore teke ja hilisem sulamine kujundavad planeedi välimist osa edasi.[13]

Pika geoloogilise aja jooksul võivad pidevate pingete all olevad tahked kivimid samuti aeglaselt voolata. Konvektsiooniga vahevöö ei pea olema kogu planeeti hõlmav vedela magma ookean.[16]

Vesi võib planeedile jõuda ka enne, kui selle kasv on lõppenud. Vesinikku sisaldavad algained, saabuvad suure veesisaldusega kehad ja akretsiooni ajal toimuvad keemilised vahetused võivad kõik kaasa aidata planeedi veevarudele. Nende allikate suhtelist tähtsust uuritakse endiselt.[5]

Mõiste „hiline lisand” (ingl late veneer) kirjeldab suhteliselt väikest aine lisandumist pärast tuuma peamise moodustumisetapi lõppu; selle ulatus määratletakse osaliselt vahevöö keemilise koostise andmete põhjal. Seda mõistet ei tohiks kasutada kogu vee Maale jõudmise kirjeldamiseks.[17]

Planeedi veevarud võivad hõlmata ka sulas lahustunud või mineraalide koostises olevat vett. Nähtavad mered üksi ei näita kõike, mida planeet on omandanud või säilitanud.[18]

Enne ketta gaaside hajumist võivad kasvavad kehad endasse tõmmata vesinikku ja heeliumi. Gaase võivad atmosfääri lisada ka sisemusest eraldumine ja kokkupõrked; nende säilimine sõltub keha massist ja temperatuurist ning tähe aktiivsusest.[19]

Gaaside eraldumine ja jahtumine mõjutavad teineteist

Tingimuste muutudes võivad sulanud sisemusest gaasid eralduda. Need mõjutavad seda, kui tõhusalt planeet soojust kosmosesse kiirgab. Paks veeauruatmosfäär võib jahtumist aeglustada; sobivate tingimuste korral võib vesi hiljem jahtudes kondenseeruda. Atmosfääri areng on seotud sellega, mis toimub selle all.[18]

Atmosfäärid võivad ka ainet kaotada

Tähe kiirgus ja kokkupõrked võivad atmosfäärigaase eemaldada. Kõrgel atmosfääris võivad veemolekulid laguneda ja vesinik kosmosesse pääseda; varased veevarud ei pruugi säilida.[19]

Šiuos reikalavimus išsamiau nagrinėjame straipsnyje „Gyvybei tinkamos zonos samprata“. Čia svarbiausia sąsaja yra ta, kad planetos paviršius paveldi tiek jos formavimosi telkiantis medžiagai, tiek vėlesnių pokyčių padarinius.

Mass ja raadius aitavad koostist täpsemalt hinnata

Transiidid aitavad mõõta planeedi raadiust selle tähe raadiuse suhtes. Tähe liikumine ning sobivates süsteemides ka planeetide vastastikmõjud aitavad määrata massi piirväärtusi. Massi ja raadiuse põhjal arvutatakse koos keskmine tihedus, mida saab võrrelda kivimite, metallide, vee ja gaaside mudelitega.[21]

Sama mõõdetud massi ja raadiusega võib sobida mitu erinevat siseehitust. Isegi väike gaasikest võib planeedi suurust märkimisväärselt muuta. Seetõttu on planeedi sisemuse sellised hinnangud andmetel ja eeldustel põhinevad vahemikud, mitte otsene pilt tuumast.[21]

Tähtede keemiliste elementide rohkus annab lisavihjeid selle kohta, kui palju rauda, räni ja magneesiumi on saadaval. Koos massi ja raadiusega kasutatuna võivad need andmed kitsendada tõenäoliste siseehituse mudelite hulka, kuigi koostise ja planeedil toimunud aine muundumisega seotud määramatused jäävad alles.[22]

Tähejäänused paljastavad purunenud kehade keemilise koostise

Osa valgetest kääbustest on endasse tõmmanud planeedikehade jäänuseid. Nende atmosfääride spektris nähtavad raskete elementide neeldumisjooned võimaldavad astronoomidel taastada osa selle aine koostise tunnustest. Tulemused toovad esile väljaspool Päikesesüsteemi asuvate kiviste kehade koostisosad ja mõnel juhul ka märke diferentseerumisest. Kuid need ei võimalda üheselt kindlaks teha, kus algne keha kujunes.[24]

Tolm annab kaudseid tõendeid toimuvatest kokkupõrgetest

Prahiketastes võib olla tolmu, mille varud täienevad suuremate kehade kokkupõrgetes. Soe tolm võib viidata tahkete kehade aktiivsusele tähe lähedal, kuid sellest üksi ei piisa Maa-sarnast planeeti moodustava kokkupõrke tuvastamiseks ega kivise planeedi olemasolu tõestamiseks.[25]

„Psyche“ uurib võimalikku varase diferentseerumise jäänukit

NASA kosmoselaev „Psyche“ on loodud uurima orbiidilt valitud metallirikast asteroidi ning mõõtma selle koostist, gravitatsiooni ja magnetilisi omadusi. Üks eesmärke on kontrollida, kas asteroid sisaldab planetesimaali tuumaainet. Selle täpne päritolu on endiselt lahtine küsimus.[26]

Kujunemismudelid peavad selgitama terveid süsteeme: planeetide arvu, nende masse, omavahelisi kaugusi, koostist ja säilinud väiksemaid kehi. Tahke aine jaotuse ja juurdevoolu, hiidplaneetide mõju või rände ajastuse muutumine võib korraga muuta mitut kujunemise tulemust.[1]

Pelgalt planeedi orbiidi põhjal ei saa teada, kuidas need protsessid kulgesid.[1], [9], [19]

Kasulik kujunemismudel ei taasta üksnes üht tuttavat planeeti. See annab prognoose, mida saab võrrelda meteoriidiandmete, planeedimõõtmiste, ketaste vaatluste ja üha mitmekesisemate eksoplaneedisüsteemidega.[1]