Formovanie skalnatých svetov

Disk mladej hviezdy je zvyčajne teplejší bližšie k hviezde, hoci zahrievanie sa mení aj v závislosti od výšky, akrécie a tieňov. Silikátové minerály a kovy môžu zostať pevné pri teplotách, pri ktorých sú mnohé prchavé látky plynné. Tieto tepelne odolné, čiže refraktérne, materiály tvoria veľkú časť hmotnosti kamennej planéty.[2]

Snehová hranica závisí od konkrétnej látky

Takzvaná snehová hranica vody označuje prechod medzi vodnou parou a vodným ľadom za miestnych podmienok. Oxid uhličitý a oxid uhoľnatý majú vlastné prechodové hranice. Ako sa disk mení, tieto hranice sa posúvajú; neexistuje stála vzdialenosť, ktorá by oddeľovala všetky horniny od všetkého ľadu.[3]

Materiál bez ľadu nemusí byť bez vodíka ani všetkých látok obsahujúcich vodu. Časť z nich môže byť viazaná v mineráloch alebo iných pevných fázach a materiál môže prichádzať aj odinakiaľ. Chémia disku a prenos materiálu komplikujú predstavu rovnomerne suchej vnútornej oblasti.[4], [5]

Súčasná obežná dráha planéty nie je jej rodným listom

Pevný materiál driftuje, telesá sa navzájom gravitačne rozptyľujú a rastúce planéty si vymieňajú moment hybnosti s diskom. Kamenný svet tak môže nahromadiť materiály z viacerých oblastí a napokon sa ocitnúť na inej obežnej dráhe, než na ktorej vznikli jeho najstaršie zárodky.[6]

Prach musí najprv prejsť zložitými fázami zlepovania, fragmentácie a driftu. Zhluky častíc sa môžu pôsobením vlastnej gravitácie zrútiť a vytvoriť planetezimály. Už vzniknuté zárodky môžu neskôr rásť zrážkami s planetezimálami, zachytávaním kamienkov za pomoci plynu alebo oboma spôsobmi.[2]

Gravitačné zaostrovanie môže väčším telesám pomôcť zrážať sa s väčším množstvom materiálu. Počas samovoľne sa zrýchľujúceho rastu rastú niektoré telesá úmerne rýchlejšie než ich menší susedia. Ich gravitačný vplyv napokon rozkmitá pohyb okolitých telies, čím sa zvýši rýchlosť približovania a oslabí ich predchádzajúca výhoda.[7]

Najväčšie telesá začínajú ovládať svoje okolie

Počas oligarchického rastu začne niekoľko embryí s približne podobnou hmotnosťou dominovať v susedných oblastiach, z ktorých zbierajú materiál. Narušujú pohyb menších telies a pohlcujú ich, pričom zároveň obmedzujú zásoby materiálu, ku ktorým majú priamy prístup. Materiál prichádzajúci zvonka však stále môže túto rovnováhu zmeniť.[8]

Odpor plynu a gravitačné pôsobenie disku môžu tlmiť rozkmitanie obežných dráh, zatiaľ čo krútiace momenty disku môžu vyvolať migráciu. Kým je v disku ešte plyn, embryá sa môžu zrážať alebo sa zachytiť v konfiguráciách vzájomne prepojených obežných dráh. Keď sa plyn rozptýli, niektoré konfigurácie sa stanú nestabilnými, a tak môže dôjsť k novým tesným priblíženiam.[6]

Zrážka planetárnych embryí môže zmeniť podobu oboch telies. V závislosti od rýchlosti, uhla a pomeru hmotností sa môžu spojiť, vymeniť si materiál a opäť sa oddeliť alebo stratiť veľké množstvo materiálu v podobe úlomkov. Uvoľnená energia môže roztaviť alebo odpariť horniny a zmeniť atmosféru. Po obrovskej zrážke nemusí vždy zostať jedna väčšia, celistvá planéta.[9]

Tieto možnosti závisia od konkrétnej zrážky. Modelovanie každej zrážky ako úplného splynutia nezohľadňuje dôležité možné výsledky.[9]

Mesiac je svedkom jednej mimoriadne dôležitej udalosti

Hlavná skupina modelov pôvodu Mesiaca spája jeho vznik s obrovskou zrážkou, ktorú zažila rastúca Zem. Výskumníci overujú scenáre zrážky na základe pohybu sústavy Zeme a Mesiaca, zloženia Mesiaca a meraní izotopov. Vlastnosti zrážajúceho sa telesa, geometria zrážky a následný vývoj sú stále predmetom intenzívneho výskumu.[10]

Rôzne hodiny zaznamenávajú rôzne fázy rastu

Podľa mnohých modelov sa Zem formovala desiatky miliónov rokov. Zdá sa, že Mars získal väčšinu svojej hmotnosti skôr, presný priebeh jeho rastu však závisí od toho, ako sa interpretujú izotopové údaje a chemické miešanie počas zrážok.[7], [11]

Rozptyľovanie plynov, obrovské zrážky, formovanie jadra a ochladzovanie prebiehajú súčasne. Neexistuje univerzálne poradie, v ktorom by sa jeden proces všade skončil skôr, než sa začne ďalší.

Augančios planetos turi kelis šilumos šaltinius. Susidūrimai judėjimo energiją paverčia šiluma, gravitacinis medžiagos atsiskyrimas išskiria energiją, o radioaktyvieji elementai skyla. Aliuminis-26 buvo ypač svarbus kūnams, susidariusiems pakankamai anksti, kad juose būtų nemažai šio trumpaamžio izotopo.[13]

Geležiniai meteoritai rodo, kad kai kurios ankstyvosios planetezimalės jau turėjo dėl diferenciacijos susidariusius metalinius branduolius. Todėl planeta galėjo formuotis iš kūnų, kuriuose sudedamosios medžiagos pradėjo atsiskirti gerokai anksčiau, nei planeta pasiekė galutinę masę.[14]

Diferenciacija vyksta planetai augant

Keičiantis metalui silikatinės medžiagos atžvilgiu, tankus skystas metalas 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]

Magmatický oceán – etapa, nie trvalý plášť

Intenzívne zahrievanie môže vytvoriť rozsiahle oblasti roztavených silikátov, niekedy nazývané magmatický oceán. Pri ochladzovaní môžu vznikať kryštály, chemické látky sa preskupujú a môžu prebiehať výmeny prchavých látok s atmosférou. Neskoršie zrážky môžu teleso čiastočne opäť roztaviť a znovu spustiť niektoré z týchto procesov. Vznik kôry a jej neskoršie tavenie ďalej pretvárajú vonkajšiu časť planéty.[13]

Aj tvrdé horniny môžu pri dlhodobom geologickom pôsobení neustálych napätí pomaly tiecť. Konvekčný plášť nemusí byť oceánom tekutej magmy obklopujúcim celú planétu.[16]

Voda sa na planétu môže dostať aj pred dokončením jej rastu. K jej zásobám môžu prispievať východiskové materiály obsahujúce vodík, prichádzajúce telá bohaté na vodu aj chemické výmeny počas akrécie. Relatívny význam týchto zdrojov sa stále skúma.[5]

Termín „neskorý prírastok“ (angl. late veneer) označuje pomerne malé množstvo dodatočného materiálu po hlavnej fáze tvorby jadra; jeho rozsah sa čiastočne určuje na základe údajov o chemickom zložení plášťa. Týmto termínom by sa nemal označovať celý prísun vody na Zem.[17]

Zásoby vody na planéte môžu zahŕňať aj vodu rozpustenú v tavenine alebo viazanú v mineráloch. Samotné viditeľné moria neodhaľujú všetko, čo planéta získala alebo si zachovala.[18]

Kým sa plyny v disku nerozptýlia, rastúce telesá môžu priťahovať vodík a hélium. Plyny môžu atmosféru dopĺňať aj tým, že sa uvoľňujú z hlbín a pri nárazoch; ich udržanie závisí od hmotnosti telesa, teploty a aktivity hviezdy.[19]

Uvoľňovanie plynov a ochladzovanie sa navzájom ovplyvňujú

Pri zmene podmienok sa z roztaveného vnútra môžu uvoľňovať plyny. Tie ovplyvňujú, ako účinne planéta odovzdáva teplo do vesmíru. Hustá atmosféra vodnej pary môže spomaliť ochladzovanie; ak sú podmienky vhodné, voda môže neskôr pri ochladzovaní kondenzovať. Vývoj atmosféry súvisí s tým, čo sa deje pod ňou.[18]

Atmosféry môžu tiež strácať látku

Žiarenie hviezdy a nárazy môžu odstrániť plyny z atmosféry. Vo vysokej atmosfére sa molekuly vody môžu rozštiepiť a vodík môže uniknúť do vesmíru; zásoby vody z raného obdobia nemusia pretrvať.[19]

Tieto požiadavky podrobnejšie rozoberáme v článku „Pojem obývateľnej zóny“. Tu je najdôležitejšia súvislosť tá, že povrch planéty nesie následky jej formovania akréciou materiálu aj neskorších zmien.

Hmotnosť a polomer pomáhajú presnejšie odhadnúť zloženie

Tranzity pomáhajú zmerať polomer planéty vzhľadom na polomer jej hviezdy. Pohyb hviezd a v vhodných systémoch aj vzájomné pôsobenie planét pomáhajú určiť hranice hmotnosti. Z hmotnosti a polomeru sa spolu vypočíta priemerná hustota, ktorú možno porovnať s modelmi hornín, kovov, vody a plynov.[21]

Rovnakú nameranú hmotnosť a polomer môže zodpovedať niekoľko rôznych vnútorných štruktúr. Aj malý plynný obal môže výrazne zmeniť veľkosť planéty. Odhady hlbín planéty získané týmto spôsobom sú preto intervaly založené na údajoch a predpokladoch, nie priamy pohľad na jadro.[21]

Zastúpenie chemických prvkov vo hviezdach poskytuje ďalšie indície o dostupnom množstve železa, kremíka a horčíka. V kombinácii s hmotnosťou a polomerom môžu tieto údaje zúžiť okruh pravdepodobných modelov vnútornej stavby, hoci neistoty týkajúce sa zloženia a premien látok na planéte pretrvávajú.[22]

Pozostatky hviezd odhaľujú chemické zloženie zničených telies

Niektoré biele trpaslíky pohltili trosky planetárnych telies. Absorpčné čiary ťažkých prvkov v spektrách ich atmosfér umožňujú astronómom zrekonštruovať niektoré črty zloženia tohto materiálu. Výsledky odhaľujú zložky kamenných telies mimo Slnečnej sústavy a v niektorých prípadoch aj známky diferenciácie. Nedovoľujú však jednoznačne určiť, kde sa pôvodné teleso sformovalo.[24]

Prach poskytuje nepriame dôkazy o prebiehajúcich zrážkach

Disky trosiek môžu obsahovať prach, ktorého zásoby sa dopĺňajú pri zrážkach väčších telies. Teplý prach môže naznačovať aktivitu pevných telies v blízkosti hviezdy, no sám osebe nestačí na identifikáciu zrážky, pri ktorej vzniká planéta podobná Zemi, ani na dôkaz prítomnosti kamennej planéty.[25]

„Psyche“ bude skúmať možný pozostatok ranej diferenciácie

Kozmická loď NASA „Psyche“ má z obežnej dráhy skúmať vybraný asteroid s vysokým obsahom kovov a merať jeho zloženie, gravitáciu a magnetické vlastnosti. Jedným z cieľov je overiť, či asteroid obsahuje materiál z jadra planetesimály. Jeho presný pôvod zostáva otvorenou otázkou.[26]

Modely vzniku musia vysvetliť celé sústavy: počet planét, ich hmotnosti, vzdialenosti medzi nimi, zloženie aj prežívajúce menšie telesá. Zmeny v rozložení a prísune pevných látok, vplyve obrovských planét alebo načasovaní migrácie môžu ovplyvniť viacero výsledkov vzniku naraz.[1]

Len z obežnej dráhy planéty nemôžeme zistiť, ako tieto procesy prebiehali.[1], [9], [19]

Užitočný model vzniku nielen reprodukuje jednu známu planétu. Poskytuje predpovede, ktoré možno porovnať s údajmi o meteoritoch, meraniami planét, pozorovaniami diskov a čoraz väčšou rozmanitosťou exoplanetárnych systémov.[1]