Formiranje stjenovitih svjetova

Disk mlade zvijezde obično je topliji bliže zvijezdi, iako se zagrijavanje također mijenja ovisno o visini, akreciji i sjeni. Silikatni minerali i metali mogu ostati kruti na temperaturama na kojima su mnoge hlapljive tvari plinovite. Ti toplinski otporni, odnosno refraktorni, materijali čine velik dio mase stjenovitog planeta.[2]

Snježna linija ovisi o određenoj tvari

Takozvana snježna linija vode označava prijelaz između vodene pare i vodenog leda u lokalnim uvjetima. Ugljikov dioksid i ugljikov monoksid imaju vlastite prijelaze. Kako se disk mijenja, te se granice pomiču; ne postoji stalna udaljenost koja razdvaja sve stijene od svog leda.[3]

Medžiaga be ledo nebūtinai yra be vandenilio ar visų vandens turinčių medžiagų. Dalis jų gali būti surišta mineraluose ar kitose kietosiose fazėse, o medžiaga gali atkeliauti iš kitur. Disko chemija ir pernaša apsunkina vienodai sauso vidinio regiono vaizdą.[4], [5]

Dabartinė planetos orbita nėra jos gimimo liudijimas

Kietoji medžiaga dreifuoja, kūnai gravitaciškai išsklaido vieni kitus, o augančios planetos keičiasi judesio kiekio momentu su disku. Todėl uolinis pasaulis gali sukaupti medžiagų iš kelių sričių ir galiausiai atsidurti kitoje orbitoje nei ta, kurioje susidarė ankstyviausios jo užuomazgos.[6]

Dulkės pirmiausia turi įveikti sudėtingus sulipimo, fragmentacijos ir dreifo etapus. Dalelių sankaupos dėl savosios gravitacijos gali kolapsuoti ir sudaryti planetezimales. Jau susidariusios užuomazgos vėliau gali augti susidurdamos su planetezimalėmis, dujoms padedant sugaudamos akmenukus arba abiem šiais būdais.[2]

Gravitacinis fokusavimas gali padėti didesniems kūnams susidurti su didesniu medžiagos kiekiu. Vykstant savaime spartėjančiam augimui, kai kurie kūnai proporcingai auga greičiau nei mažesni jų kaimynai. Ilgainiui jų gravitacinis poveikis sužadina aplinkinių kūnų judėjimą, todėl padidėja suartėjimų greitis ir susilpnėja ankstesnis pranašumas.[7]

Didžiausi kūnai ima valdyti savo aplinką

Vykstant oligarchiniam augimui, keli apytikriai panašios masės embrionai ima vyrauti gretimose medžiagos surinkimo srityse. Jie trikdo mažesnių kūnų judėjimą ir juos prisijungia, kartu ribodami vieni kitų tiesiogiai prieinamas medžiagos atsargas. Iš išorės atkeliaujanti medžiaga vis tiek gali pakeisti šią pusiausvyrą.[8]

Dujų pasipriešinimas ir gravitacinė sąveika su disku gali slopinti orbitų sužadinimą, o disko sukimo momentai gali sukelti migraciją. Kol dar yra dujų, embrionai gali susidurti arba užsifiksuoti tarpusavyje susietų orbitų konfigūracijose. Dujoms sklaidantis kai kurios konfigūracijos tampa nestabilios, todėl galimi nauji glaudūs suartėjimai.[6]

Planetų embrionų susidūrimas gali pakeisti abiejų kūnų pavidalą. Priklausomai nuo greičio, kampo ir masių santykio, jie gali susilieti, apsikeisti medžiaga ir išsiskirti arba prarasti didelį medžiagos kiekį nuolaužų pavidalu. Išsiskyrusi energija gali išlydyti ar išgarinti uolienas ir pakeisti atmosferą. Po milžiniško susidūrimo ne visada lieka viena didesnė, vientisa planeta.[9]

Te mogućnosti ovise o konkretnom sudaru. Modeliranje svakog sudara kao potpunog spajanja zanemaruje važne ishode.[9]

Mjesec je svjedočanstvo jednog osobito važnog događaja

Glavna skupina modela nastanka Mjeseca povezuje njegovo oblikovanje s golemim sudarom koji je doživjela Zemlja u rastu. Istraživači provjeravaju scenarije sudara na temelju gibanja sustava Zemlja-Mjesec, sastava Mjeseca i mjerenja izotopa. Svojstva tijela koje je udarilo, geometrija sudara i kasniji razvoj i dalje su aktivna područja istraživanja.[10]

Različiti satovi bilježe različite faze rasta

Prema mnogim modelima, Zemlja se oblikovala tijekom desetaka milijuna godina. Čini se da je Mars veći dio svoje mase prikupio ranije, no točan tijek njegova rasta ovisi o tome kako se tumače izotopni podaci i kemijsko miješanje tijekom sudara.[7], [11]

Raspršivanje plinova, golemi sudari, oblikovanje jezgre i hlađenje odvijaju se istodobno. Ne postoji univerzalan slijed u kojem bi jedan proces svugdje završio prije nego što drugi započne.

Rastuće planete imaju nekoliko izvora topline. Sudari pretvaraju energiju gibanja u toplinu, gravitacijsko razdvajanje tvari oslobađa energiju, a radioaktivni elementi se raspadaju. Aluminij-26 bio je osobito važan za tijela nastala dovoljno rano da sadrže znatnu količinu ovog kratkoživućeg izotopa.[13]

Željezni meteoriti pokazuju da su neke rane planetezimale već imale metalne jezgre nastale diferencijacijom. Stoga se planeta mogla oblikovati od tijela u kojima su se sastavne tvari počele odvajati mnogo prije nego što je planeta dosegnula konačnu masu.[14]

Diferenciacija vyksta planetai augant

Kai metalas gali atsiskirti nuo silikatinės medžiagos, tankus metalinis skystis gali judėti centro link ir prisidėti prie branduolio formavimosi. Aplink esantys silikatai sudaro didžiąją mantijos dalį. Cheminės reakcijos, slėgis, temperatūra ir deguonies kiekis turi įtakos elementų pasiskirstymui tarp šių sričių.[15]

Magma ocean – faza, a ne trajno stanje plašta

Intenzivno zagrijavanje može stvoriti velika područja rastaljenih silikata, koja se ponekad nazivaju magma oceanom. Hlađenjem mogu nastati kristali, kemijske se tvari preraspodjeljuju, a hlapljive tvari mogu se izmjenjivati s atmosferom. Kasniji udari mogu ponovno djelomično rastaliti tijelo i pokrenuti neke od tih procesa. Nastanak kore i kasnije taljenje nastavljaju preoblikovati vanjski dio planeta.[13]

Pod djelovanjem stalnih naprezanja tijekom dugog geološkog razdoblja, čak i čvrste stijene mogu polako teći. Plašt u kojem se odvija konvekcija ne mora biti ocean tekuće magme koji obuhvaća cijeli planet.[16]

Voda može dospjeti na planet i prije nego što završi svoj rast. Početni materijali koji sadrže vodik, dolazak tijela bogatih vodom i kemijska razmjena tijekom akrecije mogu pridonijeti njegovim zalihama vode. Relativna važnost tih izvora još se istražuje.[5]

Pojam „kasni dodatak” (engl. late veneer) opisuje relativno malu količinu materijala dodanu nakon glavne faze oblikovanja jezgre, čiji je opseg djelomično određen podacima o kemijskom sastavu plašta. Tim se pojmom ne bi trebalo nazivati svo dopremanje vode na Zemlju.[17]

Zalihe vode na planetu mogu obuhvaćati i vodu otopljenu u talini ili sadržanu u mineralima. Sama vidljiva mora ne otkrivaju sve što je planet stekao ili sačuvao.[18]

Dok se plinovi diska još nisu raspršili, rastuća tijela mogu privući vodik i helij. Oslobađanje plinova iz unutrašnjosti i udari također mogu obogatiti atmosferu plinovima; njihovo zadržavanje ovisi o masi tijela, temperaturi i aktivnosti zvijezde.[19]

Oslobađanje plinova i hlađenje međusobno utječu jedno na drugo

Kako se uvjeti mijenjaju, iz rastaljene unutrašnjosti mogu se oslobađati plinovi. Oni utječu na to koliko učinkovito planet predaje toplinu svemiru. Gusta atmosfera vodene pare može usporiti hlađenje; ako su uvjeti povoljni, voda se kasnije može kondenzirati tijekom hlađenja. Razvoj atmosfere povezan je s onime što se događa ispod nje.[18]

Atmosfere također mogu gubiti tvar

Zračenje zvijezde i udari mogu ukloniti plinove iz atmosfere. Visoko u atmosferi molekule vode mogu se raspasti, a vodik pobjeći u svemir; zalihe vode iz ranog razdoblja ne moraju nužno opstati.[19]

Ove zahtjeve detaljnije razmatramo u članku „Pojam nastanjive zone”. Ovdje je ključna poveznica ta da površina planeta nosi posljedice i njegova nastanka nakupljanjem tvari i kasnijih promjena.

Masa i polumjer pomažu preciznije procijeniti sastav

Tranziti pomažu u mjerenju polumjera planeta u odnosu na polumjer njegove zvijezde. Kretanje zvijezde, a u odgovarajućim sustavima i međudjelovanje planeta, pomaže u određivanju granica mase. Iz mase i polumjera zajedno se izračunava prosječna gustoća, koja se može usporediti s modelima stijena, metala, vode i plinova.[21]

Ista izmjerena masa i polumjer mogu odgovarati nekoliko različitih unutarnjih struktura. Čak i mala plinovita ovojnica može znatno promijeniti veličinu planeta. Zato su procjene unutrašnjosti planeta dobivene na taj način rasponi utemeljeni na podacima i pretpostavkama, a ne izravan prikaz jezgre.[21]

Zastupljenost kemijskih elemenata u zvijezdama pruža dodatne naznake o dostupnim količinama željeza, silicija i magnezija. Kada se koriste zajedno s masom i polumjerom, ti podaci mogu suziti raspon vjerojatnih modela unutarnje građe, premda neizvjesnosti u sastavu i promjenama tvari unutar planeta ostaju.[22]

Zvjezdani ostaci otkrivaju kemijski sastav razorenih tijela

Neki bijeli patuljci privukli su krhotine planetarnih tijela. Apsorpcijske linije teških elemenata u spektrima njihovih atmosfera omogućuju astronomima da rekonstruiraju neke značajke sastava tog materijala. Rezultati otkrivaju sastojke stjenovitih tijela izvan Sunčeva sustava, a u nekim slučajevima i znakove diferencijacije. Međutim, ne omogućuju nedvosmisleno utvrđivanje mjesta nastanka izvornog tijela.[24]

Prašina pruža neizravne dokaze o sudarima koji se odvijaju

Diskovi krhotina mogu sadržavati prašinu čije se zalihe obnavljaju sudarima većih tijela. Topla prašina može upućivati na aktivnost čvrstih tijela u blizini zvijezde, ali sama po sebi nije dovoljna da bi se prepoznao sudar pri kojem nastaje planet zemaljskog tipa ili dokazalo postojanje stjenovitog planeta.[25]

„Psyche“ će istražiti mogući ostatak rane diferencijacije

NASA-ina letjelica „Psyche“ namijenjena je proučavanju odabranog, metalima bogatog asteroida iz orbite - mjerenju njegova sastava, gravitacije i magnetskih svojstava. Jedan je od ciljeva provjeriti sadrži li asteroid materijal jezgre planetezimala. Njegovo točno podrijetlo i dalje je otvoreno pitanje.[26]

Modeli nastanka moraju objasniti cijele sustave: broj planeta, njihove mase, međusobne udaljenosti, sastav i preostala manja tijela. Promjene u raspodjeli i dotoku čvrstog materijala, utjecaju divovskih planeta ili vremenu migracije mogu istodobno promijeniti nekoliko ishoda nastanka.[1]

Samo iz orbite planeta ne možemo saznati kako su se ti procesi odvijali.[1], [9], [19]

Dobar model nastanka ne opisuje samo jedan poznati planet. On daje predviđanja koja se mogu usporediti s podacima o meteoritima, mjerenjima planeta, promatranjima diskova i sve većom raznolikošću egzoplanetarnih sustava.[1]