პლანეტეზიმალების აკრეცია

ძალიან პატარა მარცვლები შეიძლება შემთხვევითი თერმული მოძრაობის, ე.წ. ბრაუნის მოძრაობის შედეგად ერთმანეთს შეხვდეს. ნაზი შეჯახების შემდეგ ზედაპირულმა ძალებმა შეიძლება ისინი ერთად შეაკავოს. გროვების ზრდასთან ერთად, დალექვა, ტურბულენტობა და აირში არათანაბარი მოძრაობა ახალ შეჯახებებს იწვევს.[2]

ყველა ასეთი შეჯახება მასას არ ზრდის. გროვები შეიძლება შეიკუმშოს და უკან აიხლიტოს, დაკარგოს მასალა ან დაიშალოს. შედეგი შეჯახების სიჩქარეზე, ნაწილაკების ზომაზე, ფორიანობასა და შემადგენლობაზეა დამოკიდებული. ერთი ტიპის მტვრისთვის შესაფერისი ზრდის გზა შეიძლება სხვებისთვის არ გამოდგეს.[3]

ყინული პირობებს ცვლის, მაგრამ პრობლემას არ აგვარებს

გარკვეული ნივთიერების თოვლის ხაზს იქით ყინული შეიძლება მარცვლის ან გროვის ნაწილი გახდეს. მისი გავლენა შეწებებაზე ნივთიერებასა და ტემპერატურაზეა დამოკიდებული. სიტყვა „ყინულიანი“ თავისთავად არ ნიშნავს, რომ ყოველი შეჯახება რბილია ან ზრდა დაბრკოლებების გარეშე გრძელდება.[4]

ზრდასთან ერთად ნაწილაკები შეიძლება შიგნით, ვარსკვლავისკენ, გადაადგილდნენ

იქ, სადაც ვარსკვლავიდან დაშორებისას აირის წნევა იკლებს, წნევით მხარდაჭერილი აირი ოდნავ ნელა მოძრაობს, ვიდრე სხეული, რომლის ორბიტას მხოლოდ მისი მოძრაობა განაპირობებს. ამ აირთან ურთიერთქმედებისას მყარ ნაწილაკზე საწინააღმდეგო ნაკადი მოქმედებს, ამიტომ ის შეიძლება შიგნით, ვარსკვლავისკენ, გადაადგილდეს. ყველაზე მოწყვლადი ნაწილაკების ფიზიკური ზომა აირის ადგილობრივ პირობებზეა დამოკიდებული.[2]

ტერმინი „მეტრის ზომის ბარიერი“ ზრდისა და დრიფტის ამ სირთულეებს აერთიანებს. ეს არ არის უნივერსალური დაბრკოლება, რომელიც ზუსტად ერთი მეტრის ზომის მიღწევისას ჩნდება; არც ყველა ნაწილაკს რჩება ერთნაირად ცოტა დრო, სანამ თავის ვარსკვლავში ჩავარდება.[2]

წარმოქმნის ერთ-ერთი პერსპექტიული გზა მრავალი ნაწილაკის თავმოყრით იწყება, ხოლო მათ გაერთიანებას გრავიტაცია ასრულებს. წნევის მაქსიმუმმა შეიძლება ხელი შეუწყოს დრიფტით მოძრავი მყარი ნაწილაკების შეკავებას. სათანადო პირობებში აირისა და ნაწილაკების ურთიერთქმედებამ შეიძლება მათი თავმოყრა კიდევ უფრო გააძლიეროს.[5]

დინებითი არამდგრადობა თავად დინებას ცვლის

მტვერზე აირის აეროდინამიკური წინააღმდეგობა მოქმედებს, თუმცა მტვერიც, თავის მხრივ, აირზე ახდენს გავლენას. ეს დინებითი არამდგრადობა ამ ურთიერთქმედებისა და ფარდობითი მოძრაობის შედეგად წარმოიქმნება. ის შეიძლება საკუთარი გრავიტაციის გარეშეც გაძლიერდეს: თავდაპირველად ეს ნაწილაკების თავმოყრის გზაა და არა უშუალოდ გრავიტაციული კოლაფსი.[6]

თუ გროვა საკმარისად მკვრივი გახდება, მისმა გრავიტაციამ შეიძლება გაფანტვასა და ორბიტული ძვრის დამანგრეველ ზემოქმედებას გაუძლოს. რიცხვითი მოდელირებები აჩვენებს, რომ მაშინ ნაწილაკების გროვებისგან შეიძლება გრავიტაციულად შეკავშირებული პლანეტეზიმალები წარმოიქმნას. მათი მასა და ზომა მოდელირებული დისკისა და კოლაფსის პირობებზეა დამოკიდებული.[7]

თავმოყრის უნივერსალური ზღვარი არ არსებობს

ყველა ეს ფაქტორი მნიშვნელოვანია: ნაწილაკებისა და აირის ურთიერთშეჭიდულობა, მყარი ნივთიერების რაოდენობა, ტურბულენტობა და ფონური წნევის გრადიენტი. მოდელირებით იკვლევენ, ამ ფაქტორების რომელი კომბინაციები იწვევს ნაწილაკების ძლიერ თავმოყრას. დადგენილი ზღვრები კონკრეტულ პირობებს ეხება; მხოლოდ მტვრის პროცენტული წილი ყველა რეალურ დისკში შედეგს ვერ განსაზღვრავს.[8], [9]

წარმოიდგინეთ ორი ერთმანეთისკენ მოძრავი მყარი სხეული. ურთიერთმიზიდულობის გარეშე მათი ზედაპირები მხოლოდ ტრაექტორიების ვიწრო დიაპაზონში შეხდებოდა. გრავიტაცია მათ ტრაექტორიებს მრუდად აქცევს, ამიტომ ზოგიერთი სხეული, რომელიც სხვაგვარად მხოლოდ ოდნავ ასცდებოდა, ერთმანეთს ეჯახება. შეჯახების სამიზნის ასეთ ზრდას გრავიტაციული ფოკუსირება ეწოდება.[10]

იზოლირებულ ორსხეულიან ამოცანაში მხოლოდ გრავიტაციული ტრაექტორიის გადახრას არ შეუძლია სამუდამოდ დაიჭიროს თავდაპირველად გრავიტაციულად შეუკავშირებელი სხეული. სხეულის ხანგრძლივად დასაჭერად შეჯახებამ, აირის წინააღმდეგობამ ან სხვა სხეულთან ურთიერთქმედებამ შესაბამისი ენერგეტიკული ბალანსი უნდა შეცვალოს.[11]

მზარდი სხეული ფიზიკურად უფრო დიდ სამიზნედ იქცევა და შეიძლება უფრო ძლიერი გრავიტაციული ფოკუსირებით ხასიათდებოდეს. როდესაც ამ უპირატესობის წყალობით მისი ფარდობითი ზრდა უფრო სწრაფი ხდება, ვიდრე უფრო პატარა მეზობელი სხეულებისა, სხეულების პოპულაციაში იწყება აჩქარებული ზრდა. რამდენიმე სხეული მასით სხვებისგან გამორჩეული ხდება.[12]

დინამიკური აგზნება და დამუხრუჭება ერთმანეთს ეჯიბრება

გრავიტაციული მიახლოებები არარეგულარულ მოძრაობას აძლიერებს. აირის წინააღმდეგობამ, არაელასტიკურმა შეჯახებებმა და სხვადასხვა ზომის სხეულებს შორის მოძრაობის გაცვლამ შეიძლება ეს აღგზნება შეანელოს ან გადაანაწილოს. ამ პროცესების ბალანსი ცვლის შეჯახებების სიხშირეს და განსაზღვრავს, იქნება თუ არა მიახლოებები იმდენად რბილი, რომ სხეულებმა მატერია შეიერთონ.[10]

სხეულის კვების ზონა არის არე, საიდანაც მატერიას შეუძლია სხეულამდე ადვილად მიღწევა. ეს უცვლელი საზღვარი არ არის: გაფანტვამ, მიგრაციამ და შემომავალმა მყარ ნაწილაკებმა შეიძლება შეცვალოს, რომელი მატერია გახდება ხელმისაწვდომი. ახლომდებარე გარემოდან მატერიის მოცილების შემდეგ ზრდის ერთი ეტაპი შეიძლება შენელდეს, ხოლო სისტემის ევოლუცია გაგრძელდეს.[13]

პატარა ქვების აკრეცია გრავიტაციასა და აირის წინააღმდეგობას იყენებს. როცა პატარა მყარი ნაწილაკი უფრო დიდ ჩანასახს ჩაუქროლებს, აირის წინააღმდეგობამ შეიძლება მისი ფარდობითი მოძრაობა იმდენად შეანელოს, რომ მიახლოების შემდეგ გაქცევის ნაცვლად ნელა დაიწყოს ჩანასახისკენ დაცემა. ხელსაყრელ პირობებში ეს შეიძლება მასის ზრდის ეფექტიანი გზა იყოს.[14]

ეს კატეგორიები ზრდის პროცესებსა და აეროდინამიკურ ქცევას აღწერს და არა უნივერსალურ სკალას, რომელიც ნაწილაკებს ერთი ზუსტად განსაზღვრული დიამეტრის მიხედვით ყოფს.[15], [12]

მხოლოდ გრავიტაციულ არეში მოხვედრა საკმარისი არ არის

სიდიდე, რომელსაც ჰილის რადიუსი ეწოდება, განსაზღვრავს მასშტაბს, რომელზეც ჩანასახის გრავიტაცია ვარსკვლავის მოქცევით ზემოქმედებას უპირისპირდება. ბონდის მასშტაბი საშუალებას იძლევა, გრავიტაციული ზემოქმედება შევადაროთ აირის წნევას ან სხეულების შეხვედრისას მათ ფარდობით მოძრაობას, განსახილველი ამოცანის მიხედვით. არცერთი მათგანი არ არის ზედაპირი, რომელიც ავტომატურად იჭერს ყველაფერს, რაც მას კვეთს.[15]

პატარა ქვების წარმატებული დაჭერა დამოკიდებულია ჯამურ წინააღმდეგობის ძალაზე, სხეულების შეხვედრის ხანგრძლივობასა და ჩანასახის გრავიტაციულ ზემოქმედებაზე. ამიტომ პატარა ქვების აკრეციისთვის უკვე ჩამოყალიბებული ჩანასახია საჭირო; თავისთავად ის ვერ ხსნის, როგორ წარმოიქმნა პირველი ჩანასახი მიკროსკოპული მარცვლებისგან.[14]

მასის მიწოდებაც უსაზღვრო არ არის. სხვა სხეულებმა შეიძლება მოძრავი მასალა მიიტაცონ, ხოლო საკმარისად დიდი გავლენის მქონე პლანეტამ შესაძლოა დისკის წნევის პროფილი შეცვალოს და კენჭების შიგნითკენ მოძრაობას ხელი შეუშალოს. სწრაფი ზრდის მექანიზმიც კი დამოკიდებულია მასალაზე, რომელიც მას აღწევს.[16]

შეჯახების შედეგს განსაზღვრავს დარტყმის სიჩქარე და კუთხე, მასების თანაფარდობა და შიდა აგებულება. ამიტომ ყოველი შეჯახების სრულ შერწყმად მიჩნევამ შესაძლოა პლანეტების ფორმირების მცდარი სურათი შექმნას.[17]

ეს შედეგები უწყვეტ სპექტრს ქმნის. ზოგი ფრაგმენტი შესაძლოა უკან დაბრუნდეს ან მოგვიანებით სხვა სხეულებმა შეაგროვონ, სხვები კი ადგილობრივი ზრდის პროცესიდან გამოირიცხება.[17]

პატარა სხეულების შიგთავსსაც თავისი ევოლუციის ისტორია აქვს

ადრეული პლანეტეზიმალები შესაძლოა რადიოაქტიურ დაშლას გაეთბო, განსაკუთრებით ალუმინ-26-ის დაშლას. ზოგი მათგანი დადნა და ფენებად დაიყო — მეტალებით მდიდარ ბირთვებად და ქანოვან გარე ფენებად; სხვებში კი წყალსა და მინერალებს შორის რეაქციები მიმდინარეობდა. ამგვარად, შედარებით პატარა სხეული შესაძლოა ქიმიურად რთული გამხდარიყო საბოლოო პლანეტების წარმოქმნამდე დიდი ხნით ადრე.[18], [19]

ისეთ ასტეროიდებს, როგორიცაა „ბენუ“, შეუძლიათ ადრეული შემადგენელი მასალების შენარჩუნება და ამავე დროს უფრო დიდი მშობელი სხეულის ცვლილებებისა და დაშლის კვალის მოწმობაც. ამ ცვლილებების შესწავლა მათი წარმოშობის აღდგენაში გვეხმარება.[19]

ლაბორატორიებში შეხების პროცესებს ამოწმებენ

ექსპერიმენტებით ადგენენ, რა პირობებში ეწებება აგრეგატები ერთმანეთს, ხტება უკუგდებით, მკვრივდება თუ იშლება. ეს შედეგები ზღუდავს შეჯახების მოდელებს, რომლებსაც მკვლევრები მოგვიანებით დისკის სხვადასხვა პირობებზე იყენებენ. ექსპერიმენტს შეუძლია შეამოწმოს მასალის ქცევა ისე, რომ მთელი პლანეტური სისტემა არ გაიმეოროს.[3]

„აროკოთი“ რბილ შერწყმაზე მიანიშნებს

ზონდმა „New Horizons“-მა კოიპერის სარტყლის ობიექტი „აროკოთი“ 2019 წელს მოინახულა. 2020 წელს გამოქვეყნებულ ანალიზში მისი შეერთებული წილები და სხვა თავისებურებები რბილი შერწყმის ნიშნებად შეფასდა, რაც შეესაბამება ადგილობრივი ღრუბლის კოლაფსის შედეგად წარმოქმნას. ეს ადრეული სხეულების თავმოყრის მოდელებისთვის მნიშვნელოვანი შეზღუდვაა და არა დინებითი არასტაბილურობის ერთმნიშვნელოვანი მტკიცებულება.[20]

ჩაჭერილი ნიმუშები ავლენს როგორც შემადგენელ მასალებს, ისე მათ ცვლილებებს

ზონდმა OSIRIS-REx-მა 2023 წელს ასტეროიდ „ბენუდან“ მასალა ჩამოიტანა. ნიმუშის თავდაპირველი შესწავლისას, რომლის შესახებაც 2024 წელს გამოცხადდა, აღმოაჩინეს ნახშირბადით მდიდარი მასალა და მინერალები, რომლებიც მის მშობელ სხეულზე წყალთან დაკავშირებულ ცვლილებებზე მიუთითებს. ნიმუშებმა შეინარჩუნა ინფორმაცია როგორც შემადგენელი მასალების, ისე იმ პროცესების შესახებ, რომლებიც მათ განიცადეს.[19]

ზონდ „ჰაიაბუსა2“-ის მიერ დაბრუნებული ასტეროიდ „რიუგუს“ ნიმუშები წყლის მონაწილეობით მომხდარ მნიშვნელოვან ცვლილებებსაც ავლენს. ეს აღმოჩენები გვიჩვენებს, რატომ არის „უძველესი“ და „შეუცვლელი“ განსხვავებული მტკიცებები: მინერალებში დაფიქსირებული ისტორია ისეთივე ინფორმაციული შეიძლება იყოს, როგორც საწყისი მასალა.[21]

შორეული დისკები გარემოს გვიჩვენებს, მაგრამ არა თითოეულ საშენ მასალას

ტელესკოპებით შესაძლებელია მტვრის თავმოყრების რუკების შედგენა ახალგაზრდა დისკებში და შეჯახებების შედეგად წარმოქმნილი მტვრისა — უფრო ძველ ნამსხვრევთა სისტემებში. როგორც წესი, ისინი შორეულ სისტემებში კილომეტრის ზომის ცალკეულ პლანეტეზიმალებს ვერ არჩევენ. მკვლევრები ამ არაპირდაპირ ნიშნებს მოდელებს ადარებენ და ამავდროულად ამოწმებენ, შეეძლო თუ არა იმავე დაკვირვებების ახსნა სხვადასხვა ფიზიკურ პროცესს.[22], [23]

პლანეტეზიმალები და მათგან წარმოქმნილი პლანეტური ჩანასახები შეიძლება კლდოვანი პლანეტებისა და გიგანტი პლანეტების მყარი ბირთვების ნაწილად იქცნენ. პლანეტეზიმალების აკრეციის, კენჭების დაჭერისა და ჩანასახების შერწყმის შედარებითი მნიშვნელობა სხვადასხვა სისტემაში შეიძლება განსხვავდებოდეს.[13]

გიგანტმა პლანეტებმა გაზი მანამდე უნდა შეაგროვონ, სანამ ის ჯერ კიდევ არსებობს

გაზების შესაკავებლად ბირთვს არ სჭირდება ერთი უნივერსალური, დედამიწის ათი მასის ზღვრის მიღწევა. მასიური აირის გარსის წარმოქმნა დამოკიდებულია გაცივებაზე, მყარი მასალის აკრეციის გაგრძელებასა და დისკში არსებული გაზის მარაგზე. ამიტომ გიგანტი პლანეტის ზრდა მის დისკში მიმდინარე ევოლუციასა და სიცოცხლის ხანგრძლივობას უნდა შეესაბამებოდეს.[24]

კლდოვანი სამყაროები გაზების გაფანტვის შემდეგაც შეიძლება განაგრძობდნენ ფორმირებას

პირველადი გაზების უმეტესი ნაწილის გაქრობის შემდეგაც ჩანასახები შეიძლება კვლავ იფანტებოდეს და ერთმანეთს ეჯახებოდეს. სხვა ადგილიდან მოტანილ მასალას შეუძლია წყლის შემცველი მინერალების, ყინულისა და ორგანული ნაერთების მოტანა. ამ მასალის წვლილი და მოტანის დრო განსხვავდება; დედამიწის წყლის წარმოშობის ახსნა ერთი უნივერსალური წყაროთი შეუძლებელია, რომელიც ყველა პლანეტისთვის საერთო იქნებოდა.[13]

მასალის ნაწილი უფრო მცირე სხეულებში რჩება

ყველა ჩანასახი დიდი პლანეტის ნაწილად არ იქცევა. დარჩენილი მცირე სხეულების პოპულაციები შეჯახებებს განიცდის და მათი ორბიტები იცვლება; ზოგჯერ ამის შედეგად დაკვირვებადი ნამსხვრევების სარტყლები წარმოიქმნება. ეს შემორჩენილი სხეულები პლანეტების ფორმირების შედეგის შესწავლის საშუალებას იძლევა, რომლის შემჩნევაც ადვილი არ არის, როცა მთელი ყურადღება მხოლოდ უდიდეს სამყაროებზეა გამახვილებული.[23]