Asteroidai, kometos ir nykštukinės planetos

Asteroīdi, komētas un pundurplanētas

Planētu veidošanās paliekas, saglabātas tādās zonās kā Asteroīdu un Koipera joslas

1. Planētu sistēmu veidošanās paliekas

Protoplanetārajā diskā, kas apņem jauno Sauli, daudzi cietie ķermeņi sakrājās un sadūrās, galu galā ļaujot planētām veidoties. Tomēr ne visa viela saplūda šajos lielajos ķermeņos; palika planetesimāli un daļēji izveidojušās protoplanētas, kas izkliedētas pa sistēmu vai stabilā stāvoklī (piemēram, Asteroīdu joslā starp Marsu un Jupiteri) vai izsviestas tālu Koipera joslā vai Orta mākonī. Šie mazie objekti – asteroīdi, komētas un pundurplanētas – ir kā „fosilijas” Saules sistēmas dzimšanas laikos, saglabājot agrīnos sastāva un struktūras raksturlielumus, ko maz ietekmējuši planētu procesi.

  • Asteroīdi: Iežu vai metāliski ķermeņi, visbiežāk sastopami Saules sistēmas iekšējā daļā.
  • Komētas: Ledus ķermeņi no ārējiem apgabaliem, Saules tuvumā izdalot gāzu/pūku komas.
  • Pundurplanētas: Pietiekami masīvi, gandrīz sfēriski objekti, bet nav iztīrījuši savas orbītas, piemēram, Plutons vai Cerera.

Šo atliekas pētījumi ļauj saprast, kā bija izvietota Saules sistēmas materiāla masa, kā norisinājās planētu veidošanās un kā atlikušās planetesimāles veidoja galīgās planētu arhitektūras.

2. Asteroīdu josla

2.1 Novietojums un galvenās iezīmes

Asteroīdu josla stiepjas aptuveni no 2 līdz 3,5 AU no Saules starp Marsa un Jupitera orbītām. Lai gan to bieži sauc par "joslu", tā patiesībā aptver plašu apgabalu ar dažādām orbitālām slīpumiem un ekscentricitātēm. Šajā apgabalā asteroīdi svārstās no Cereras (tagad klasificēta kā pundurplanēta, aptuveni 940 km diametrā) līdz metru lieluma vai pat mazākiem fragmentiem.

  • Masivitāte: Visa josla ir tikai aptuveni ~4 % Mēness masas, tāpēc tā ir ļoti tālu no masīva planētas ķermeņa.
  • Spraugas (Gaps): Kirkvudas spraugas pastāv tur, kur orbītālie rezonansi ar Jupiteru iztīra orbītas.

2.2 Izcelsme un Jupitera ietekme

Sākotnēji tur varēja būt pietiekami daudz masas, lai veidotos Marsa izmēra protoplanēta Asteroīdu joslas apgabalā. Tomēr Jupitera spēcīgā gravitācija (īpaši, ja Jupiters agri izveidojās un iespējams nedaudz migrēja) izjauca asteroīdu orbītas, palielināja to ātrumus un neļāva tiem saplūst lielākā objektā. Sadursmes fragmentācija, rezonanses izkliedēšana un citi procesi atstāja tikai daļu no sākotnējās masas kā ilgtermiņa atliekas [1], [2].

2.3 Sastāva tipi

Asteroīdi izceļas ar sastāva daudzveidību, kas atkarīga no attāluma no Saules:

  • Iekšējā josla: S-tipa (iežu), M-tipa (metāliskie) asteroīdi.
  • Vidējā josla: C-tipa (oglekļaini), to īpatsvars palielinās tālāk.
  • Ārējā josla: Bagātāka ar gaistošām vielām, var līdzināties Jupiteru ģimenes komētām.

Spektrālie pētījumi un meteorītu saistības liecina, ka daļa asteroīdu ir daļēji diferencēti vai mazu primāro planetesimāļu atliekas, bet citi – primitīvi, nekad pietiekami neuzkarsuši, lai atdalītu metālus no silikātiem.

2.4 Sadursmes ģimenes

Ja lielāki asteroīdi saduras, tie var radīt daudz fragmentu ar līdzīgām orbītām – sadursmes ģimenes (piemēram, Koronis vai Temidē ģimenes). To pētījums palīdz rekonstruēt pagātnes sadursmes, uzlabo izpratni par to, kā planetesimāļi reaģē uz lielām ātruma vērtībām, kā arī par pašas joslas dinamisko attīstību miljardu gadu laikā.

3. Komētas un Kuipera josla

3.1 Komētas – ledus planetezimāli

Komētas – ledus ķermeņi, kas satur ūdens ledu, CO2, CH4, NH3 un putekļus. Tuvojoties Saulei, notiekošā lēni iztvaikojošo vielu sublimācija rada komu un parasti divus astes (jonu/gāzes un putekļu). Tām orbītas bieži ir ekscentriskas vai slīpas, tāpēc tās reizēm parādās iekšējā sistēmā kā īslaicīgi novērojumi.

3.2 Kuipera josla un transneptūniskie objekti

Aiz Neptūna, aptuveni 30–50 AU no Saules, stiepjas Kuipera josla – transneptūnisko objektu (TNO) krātuve. Šajā reģionā ir daudz ledus planetezimāļu, tostarp pundurplanētas, piemēram, Plutons, Haumēja, Makemake. Daži TNO (piemēram, „Plutīni“) ir 3:2 rezonansē ar Neptūnu, citi pieder izkliedētajam diskam, sasniedzot pat simtiem AU attālumu.

  • Sastāvs: Daudz ledus, ogļūdeņražu vielu, iespējams, organisko savienojumu.
  • Dinamiskās grupas: Klasiskie KBO, rezonanses, izkliedētie TNO.
  • Nozīme: Kuipera joslas objekti atklāj, kā attīstījās ārējās Saules sistēmas daļas un kā Neptūna migrācija veidoja orbītas [3], [4].

3.3 Ilgperiodu komētas un Orta mākonītis

Tiem, kuru periheliji ir ļoti tālu, ilgperiodu komētas (orbītas >200 gadi) nāk no Orta mākonīša – milzīga sfēriska komētu rezervuāra desmitiem tūkstošu AU attālumā no Saules. Pārejošas zvaigznes vai galaktiskie plūdi var izstumt Orta mākonīša komētu iekšā, radot nejaušas slīpuma orbītas. Šīs komētas ir vismazāk izmainītie ķermeņi, kas var saturēt oriģinālus lēni iztvaikojošus vielu savienojumus.

4. Pundurplanētas: tilts starp asteroīdiem un planētām

4.1 IAU kritēriji

2006. gadā Starptautiskā Astronomijas Savienība (IAU) definēja „pundurplanētu“ kā debess ķermeni, kas:

  1. Riņķo tieši ap Sauli (nav pavadoņi).
  2. Ir pietiekami masīvs, lai savas gravitācijas dēļ būtu gandrīz sfērisks.
  3. Nav iztīrījis savu orbitālo reģionu no citiem ķermeņiem.

Cerera Asteroīdu joslā, Plutons, Haumēja, Makemake, Eris Kuipera joslā ir spilgti piemēri. Tie parāda pārejas lielākus ķermeņus – lielākus par tipiskiem asteroīdiem vai komētām, bet nepietiekami spēcīgus, lai iztīrītu savas orbītas.

4.2 Piemēri un to īpašības

  1. Cerera (~940 km diametrā): Ūdeņainas un mālains pundurplanētas ķermenis ar gaišām karbonātiskām plankumiem – tie liecina par iespējamu iepriekšēju hidroterminu vai kriovulkānisku aktivitāti.
  2. Plutons (~2370 km): Agrāk uzskatīts par devīto planētu, tagad klasificēts kā pundurplanēta. Tam ir sarežģīta pavadoņu sistēma, plāna slāpekļa atmosfēra un dažādas virsmas zonas.
  3. Eris (~2326 km): Izkliedētā diska objekts, masīvāks par Plutonu, atklāts 2005. gadā, kas izraisīja IAU planētu klasifikācijas izmaiņas.

Šīs pundurplanētas rāda, ka planetesimālu evolūcija var izaugt līdz gandrīz vai daļēji diferencētiem ķermeņiem, kas pārsniedz robežu starp lielajiem asteroīdiem/komētām un mazajām planētām.

5. Skats uz planētu veidošanos

5.1 Agrīno stadiju atlikumi

Asteroīdi, komētas un pundurplanētas jāuzskata par primāriem atlikumiem. To sastāva, orbītu un iekšējo struktūru pētījumi atklāj sākotnējo Saules sistēmas radiālo sadalījumu (iežu iekšpusē, ledus ārpusē). Tie arī rāda, kā veidojās planētas un kādi izkliedēšanas epizodes neļāva tām saplūst lielākos ķermeņos.

5.2 Ūdens un organisko vielu pārnese

Komētas (un iespējams daži ogļūdeņražu asteroīdi) ir galvenie kandidāti, kas varētu pārnest ūdeni un organiskās vielas uz iekšējām zemes tipa planētām. Zemes okeānu izcelsme daļēji varētu būt atkarīga no šādas vēlas piegādes. Ūdens izotopu attiecību (piemēram, D/H) un organisko marķieru pētījumi komētās un meteoritā palīdz pārbaudīt šīs hipotēzes.

5.3 Sadursmes evolūcija un galīgā sistēmas konfigurācija

Tādas masīvas planētas kā Jupiters vai Neptūns būtiski ietekmēja orbītas Asteroīdu un Kuipera joslās. Agrīnā stadijā gravitācijas rezonanses vai izkliedēšana izsita daudzus planetesimālus no Saules sistēmas vai pievilka tos iekšā, izraisot milzīgu bombardēšanas epizodes. Līdzīgi eksoplanētu sistēmās palikušie planetesimālu krājumi (debris belt) var veidoties milzu planētu migrācijas vai izkliedēšanas rezultātā.

6. Pašreizējie pētījumi un misijas

6.1 Asteroīdu apmeklējums un paraugu atgūšana

NASA Dawn pētīja Vestu un Cereru, atklājot atšķirīgas evolūcijas ceļus – Vesta ir gandrīz "pilnīga" protoplanēta, bet Cerera satur daudz ledus pazīmju. Tikmēr Hayabusa2 (JAXA) atveda paraugus no Rugu, OSIRIS-REx (NASA) – no Bennu, iegūstot tiešus datus par ogļūdeņražu vai metāla asteroīdu ķīmisko sastāvu [5], [6].

6.2 Komētu misijas

ESA Rosetta zonde orbītā pētīja 67P/Čuriumova–Gerasimenko komētu, izlaida nolaišanās moduli (Philae). Dati atklāja porainu struktūru, raksturīgas organiskās molekulas un mainīgas aktivitātes pazīmes, tuvojamies Saulei. Nākotnes projekts (piemēram, Comet Interceptor) varētu censties sasniegt jauni atklātas ilgperioda vai pat starpzvaigžņu komētas, atklājot vēl nesagrautas gaistošās vielas.

6.3 Kuipera josla un pundurplanētu izpēte

New Horizons misija 2015. gadā apmeklēja Plutonu, mainot izpratni par šī pundurķermeņa ģeoloģiju – atklāti slāpekļa ledus "ledāji", iespējams, iekšējie okeāni, eksotiskas ledus formas. Vēlākā pārlidošana gar Arrokoth (2014 MU69) parādīja dubultu kontaktveida struktūru Kuipera joslā. Nākotnē varētu notikt misijas uz Haumea vai Eridē – lai vēl dziļāk izprastu šo tālo ķermeņu struktūru un dinamiku.

7. Eksoplanētu atbilstības

7.1 Citu zvaigžņu atlūzu diski

Novērotās zvaigžņu "atlūzu joslas", raksturīgas galvenajai secībai (piemēram, β Pictoris, Fomalhaut), atklāj gredzenu struktūras, kas rodas no sadursmēm starp atlikušajām planetesimālēm – līdzīgi mūsu Asteroīdu vai Kuipera joslām. Šie diski var būt "siltie" vai "aukstie", tos kontrolē vai pārkārto iejaukušās planētas. Dažās sistēmās redzami eksokomētu pēdas (īsas spektrālās absorbcijas zīmes), kas liecina par aktīvu planetesimālu populāciju.

7.2 Sadursmes un "tukšumi"

Eksoplanētu sistēmās ar milzu planētām izkliedēšana var radīt "ārējās joslas". Alternatīvi – rezonanses gredzeni, ja liela planēta organizē planetesimāles. Augstas izšķirtspējas submilimetru novērojumi (ALMA) dažkārt atklāj vairāku joslu sistēmas ar spraugām vidū, līdzīgas mūsu sistēmas vairāku rezervuāru modelim (iekšējā josla kā asteroīdu josla, ārējā josla – līdzīgi Kuipera joslai).

7.3 Iespējamie egzopundurķermeņi

Lai gan būtu grūti atklāt lielu transneptūna eksokūnu ap citu zvaigzni, nākotnē labāka attēlveidošana vai radiālās ātruma metodes varētu atklāt "egzoplutonus", kas atdarina Plutona vai Eridē lomu – pārejas ķermeņus starp ledus bagātinātām planetesimālēm un mazām eksoplanētām.

8. Plašāka nozīme un nākotnes perspektīvas

8.1 Saules sistēmas sākotnējā ieraksta sargi

Komētas un asteroīdi gandrīz nav vai ir ļoti maz ģeoloģiskas aktivitātes, tāpēc daudzi no tiem saglabājas kā "laika kapsulas", atklājot senas izotopu un minerālu pazīmes. Pundurplanētas, ja tās ir pietiekami lielas, var būt daļēji diferencētas, bet saglabā pirmatnējā uzsildīšanās vai kriovulkānisma pazīmes. Šo ķermeņu izpēte palīdz atklāt sākotnējos veidošanās apstākļus un vēlākos milzu planētu migrācijas vai Saules ietekmes izmaiņu procesus.

8.2 Resursi un pielietojums

Daži asteroīdi un pundurplanētas ir pievilcīgas kā iespējamie (ūdens, metālu, retzemju elementu) avoti nākotnes kosmiskajai rūpniecībai. To sastāva un orbitālās pieejamības izpēte nosaka tuvākos resursu izmantošanas plānus. Tikmēr komētas varētu piegādāt gaistošas vielas tālās izpētes misijās.

8.3 Misijas uz ārējiem apgabaliem

Pēc New Horizons panākumiem (apmeklēja Plutonu un Arrokoth), tiek apsvērta Kuipera joslas orbītāla misija vai jauni ceļojumi uz Neptūna pavadoņa Tritona vai Orta mākoņa komētām. Tas varētu būtiski paplašināt mūsu zināšanas par mazo ķermeņu dinamiku, ķīmisko sadalījumu un iespējamo izplatību milzīgo pundurplanētu tālākajās Saules sistēmas daļās.

9. Secinājums

Asteroīdi, komētas un pundurplanētas nav tikai niecīgas kosmiskās drupas, bet gan planētu veidošanās bloki un nepabeigtu veidojumu daļas. Asteroīdu josla ir nepabeigts protoplanētu reģions, ko izjauc Jupitera gravitācija; Kuipera josla saglabā ledus bagātas relikvijas no ārējās miglas daļas, Orta mākonis paplašina šo krātuvi līdz gaismas gadu attālumam. Pundurplanētas (Ceres, Plutons, Erida u.c.) demonstrē pārejas gadījumus: tās ir pietiekami lielas, lai būtu gandrīz sfēriskas, bet nepietiekami dominējošas, lai iztīrītu orbītas. Tikmēr komētas, šķērsojot, atklāj spilgtus viegli iztvaikojošu vielu signālus.

Šo ķermeņu izpēte – caur misijām kā Dawn, Rosetta, New Horizons, OSIRIS-REx un citām – ļauj zinātniekiem iegūt būtisku informāciju par Saules sistēmas arhitektūras veidošanos, kā ūdens un organiskās vielas varēja nonākt uz Zemes, un kā eksoplanētu diski darbojas līdzīgi. Apvienojot visus pierādījumus, izceļas kopīgs secinājums: “mazie ķermeņi” ir stūrakmeņi, lai saprastu planētu veidošanās un turpmākās attīstības mīklu.

Nuorodos ir tolesnis skaitymas

  1. Morbidelli, A., & Nesvorný, D. (2020). “Komētu un to rezervuāru izcelsme un dinamiskā evolūcija.” Space Science Reviews, 216, 64.
  2. Bottke, W. F., et al. (2006). “Asteroīda sadalīšanās pirms 160 miljoniem gadu kā iespējams K/T ietekmes avots.” Nature, 439, 821–824.
  3. Malhotra, R., Duncan, M., & Levison, H. F. (2010). “Kuipera josta.” Protostars and Planets V, University of Arizona Press, 895–911.
  4. Gladman, B., Marsden, B. G., & Vanlaerhoven, C. (2008). “Nomenklatūra ārējā Saules sistēmā.” The Solar System Beyond Neptune, University of Arizona Press, 43–57.
  5. Russell, C. T., et al. (2016). “Dawn ierodas pie Ceresa: nelielas, ar viegli iztvaikojošām vielām bagātas pasaules izpēte.” Science, 353, 1008–1010.
  6. Britt, D. T., et al. (2019). “Asteroīdu iekšpuse un kopējās īpašības.” Grāmatā Asteroids IV, University of Arizona Press, 459–482.

```

Atgriezties emuārā