Nastajanje kamnitih svetov

Disk mlade zvezde je običajno bliže zvezdi bolj vroč, čeprav se segrevanje spreminja tudi glede na višino, akrecijo in sence. Silikatni minerali in kovine lahko ostanejo trdni pri temperaturah, pri katerih je veliko hlapnih snovi v plinastem stanju. Te toplotno odporne oziroma refraktarne snovi tvorijo velik delež mase kamnitega planeta.[2]

Meja snega je odvisna od posamezne snovi

T. i. meja vodnega snega označuje prehod med vodno paro in vodnim ledom v lokalnih razmerah. Ogljikov dioksid in ogljikov monoksid imata vsak svojo mejo prehoda. Ko se disk spreminja, se te meje premikajo; ni stalne razdalje, ki bi ločevala vse kamnine od vsega ledu.[3]

Snov brez ledu ni nujno brez vodika ali vseh snovi, ki vsebujejo vodo. Nekaj jih je lahko vezanih v mineralih ali drugih trdnih fazah, snov pa lahko pride tudi od drugod. Kemijska sestava diska in prenos snovi otežujeta predstavo o enakomerno suhem notranjem območju.[4], [5]

Današnja orbita planeta ni dokaz o njegovem nastanku

Trdna snov drsi, telesa se gravitacijsko razpršujejo, rastoči planeti pa z diskom izmenjujejo vrtilno količino. Zato lahko kamniti svet zbere snov iz več območij in se nazadnje znajde v drugi orbiti od tiste, v kateri so nastali njegovi najzgodnejši zametki.[6]

Prah mora najprej prestati zapletene faze sprijemanja, drobljenja in drsenja. Skupki delcev se lahko zaradi lastne gravitacije sesedejo in tvorijo planetezimale. Že nastali zametki lahko pozneje rastejo s trki s planetezimali, zajemanjem kamenčkov ob pomoči plina ali z obema načinoma.[2]

Gravitacijsko fokusiranje lahko večjim telesom pomaga pri trkih z večjo količino snovi. Med samopospešujočo rastjo nekatera telesa sorazmerno rastejo hitreje od svojih manjših sosedov. Sčasoma njihov gravitacijski vpliv vzbudi gibanje okoliških teles, zato se poveča hitrost približevanja in zmanjša njihova prejšnja prednost.[7]

Največja telesa začnejo obvladovati svoje okolje

Med oligarhično rastjo začne nekaj embrijev s približno podobno maso prevladovati na sosednjih območjih zbiranja snovi. Motijo gibanje manjših teles in jih privlačijo, hkrati pa omejujejo zaloge snovi, ki so neposredno na voljo drug drugemu. Snov, ki prihaja od zunaj, lahko to ravnovesje še vedno spremeni.[8]

Upor plina in gravitacijsko delovanje diska lahko dušita vzbujanje orbit, navori diska pa lahko povzročijo migracijo. Dokler je plin še prisoten, lahko embriji trčijo ali se ujamejo v konfiguracije medsebojno povezanih orbit. Ko se plin razprši, nekatere konfiguracije postanejo nestabilne, zato lahko pride do novih bližnjih srečanj.[6]

Trk planetarnih embrijev lahko spremeni obliko obeh teles. Glede na hitrost, kot in razmerje mas se lahko združita, izmenjata snov in ločita ali pa izgubita veliko snovi v obliki drobirja. Sproščena energija lahko stali ali upari kamnine ter spremeni ozračje. Po velikanskem trku ne ostane vedno en sam večji, celovit planet.[9]

Te možnosti so odvisne od konkretnega trka. Če pri modeliranju vsak trk obravnavamo kot popolno zlitje, spregledamo pomembne možne izide.[9]

Luna priča o posebej pomembnem dogodku

Glavna skupina modelov o izvoru Lune povezuje njen nastanek z velikanskim trkom, ki ga je doživljala rastoča Zemlja. Raziskovalci preverjajo scenarije trkov glede na gibanje sistema Zemlja-Luna, sestavo Lune in meritve izotopov. Lastnosti telesa, ki je trčilo v Zemljo, geometrija trka in nadaljnji razvoj ostajajo predmet aktivnih raziskav.[10]

Različne ure beležijo različne stopnje rasti

Po številnih modelih je Zemlja nastajala več deset milijonov let. Zdi se, da je Mars večino svoje mase pridobil prej, vendar je natančen potek njegove rasti odvisen od tega, kako razlagamo izotopske podatke in kemično mešanje med trki.[7], [11]

Razprševanje plinov, velikanski trki, nastajanje jedra in ohlajanje potekajo hkrati. Ni univerzalnega zaporedja, po katerem bi se povsod en proces končal, preden bi se začel naslednji.

Augančios planetos imajo več virov toplote. Trki pretvarjajo energijo gibanja v toploto, gravitacijsko ločevanje snovi sprošča energijo, radioaktivni elementi pa razpadajo. Aluminij-26 je bil še posebej pomemben za telesa, ki so nastala dovolj zgodaj, da so vsebovala precej tega kratkoživega izotopa.[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

Ko metu 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]

Magmatski ocean je faza, ne trajno stanje plašča

Močno segrevanje lahko ustvari velika območja staljenih silikatov, včasih imenovana magmatski ocean. Med ohlajanjem lahko nastajajo kristali, kemične snovi se prerazporejajo, z atmosfero pa lahko poteka izmenjava hlapnih snovi. Poznejši trki lahko telo delno znova stalijo in sprožijo nekatere od teh procesov. Nastajanje skorje in poznejše taljenje še naprej preoblikujeta zunanji del planeta.[13]

Tudi trdne kamnine lahko pod vplivom stalnih obremenitev skozi dolga geološka obdobja počasi tečejo. Plašč, v katerem poteka konvekcija, ni nujno ocean tekoče magme, ki bi obsegal ves planet.[16]

Voda lahko prispe na planet tudi, preden ta konča svojo rast. Začetne snovi, ki vsebujejo vodik, prihajajoča telesa, bogata z vodo, in kemične izmenjave med akrecijo lahko prispevajo k njegovim zalogam vode. Relativni pomen teh virov še vedno raziskujejo.[5]

Izraz »pozni dodatek« (angl. late veneer) opisuje razmeroma majhen dodatek snovi po glavni fazi nastajanja jedra, katerega obseg deloma opredeljujejo podatki o kemični sestavi plašča. Tega izraza ne bi smeli uporabljati za celoten dovod vode na Zemljo.[17]

Zaloge vode na planetu lahko vključujejo tudi vodo, raztopljeno v talini ali vezano v mineralih. Vidna morja sama ne razkrivajo vsega, kar je planet pridobil ali ohranil.[18]

Dokler se plini v disku še niso razpršili, lahko rastoča telesa privlačijo vodik in helij. Atmosfero lahko s plini obogatita tudi sproščanje plinov iz notranjosti in trki; njihovo ohranjanje je odvisno od mase telesa, temperature in aktivnosti zvezde.[19]

Sproščanje plinov in ohlajanje vplivata drug na drugega

Ko se razmere spreminjajo, se lahko iz staljene notranjosti sproščajo plini. Ti vplivajo na to, kako učinkovito planet oddaja toploto v vesolje. Gosta atmosfera vodne pare lahko upočasni ohlajanje; če so razmere ustrezne, se lahko voda pozneje med ohlajanjem kondenzira. Razvoj atmosfere je povezan s tem, kar se dogaja pod njo.[18]

Atmosfere lahko izgubijo tudi snov

Sevanje zvezde in trki lahko odstranijo pline iz atmosfere. Visoko v atmosferi se lahko molekule vode razcepijo, vodik pa uide v vesolje; zgodnje zaloge vode se ne ohranijo nujno.[19]

Te zahteve podrobneje obravnavamo v članku »Pojem bivalnega območja«. Tu je najpomembnejša povezava ta, da površje planeta podeduje tako posledice njegovega nastajanja z zbiranjem snovi kot tudi posledice poznejših sprememb.

Masa in polmer pomagata natančneje oceniti sestavo

Tranziti pomagajo izmeriti polmer planeta glede na polmer njegove zvezde. Gibanje zvezde, v ustreznih sistemih pa tudi medsebojni vplivi planetov, pomagajo določiti meje mase. Iz mase in polmera skupaj izračunamo povprečno gostoto, ki jo lahko primerjamo z modeli kamnin, kovin, vode in plinov.[21]

Isti izmerjeni masi in polmeru lahko ustreza več različnih notranjih zgradb. Že majhen plinasti ovoj lahko precej spremeni velikost planeta. Zato so ocene notranjosti planeta, pridobljene na ta način, z dokazi in predpostavkami podprti razponi, ne pa neposredna slika jedra.[21]

Zastopanost kemičnih elementov v zvezdah ponuja dodatne namige o razpoložljivih količinah železa, silicija in magnezija. Ti podatki lahko skupaj z maso in polmerom zožijo nabor verjetnih modelov notranje zgradbe, čeprav ostajajo negotovosti glede sestave in preobrazb snovi v planetu.[22]

Zvezdni ostanki razkrivajo kemično sestavo razpadlih teles

Nekatere bele pritlikavke so vase pritegnile drobir planetarnih teles. Absorpcijske črte težkih elementov v spektrih njihovih atmosfer astronomom omogočajo, da rekonstruirajo nekatere značilnosti sestave te snovi. Rezultati razkrivajo sestavine kamnitih teles zunaj Osončja, v nekaterih primerih pa tudi znake diferenciacije. Vendar ne omogočajo nedvoumne določitve, kje je nastalo prvotno telo.[24]

Prah posredno priča o trkih, ki se še dogajajo

Diski drobirja lahko vsebujejo prah, ki se obnavlja ob trkih večjih teles. Topel prah lahko kaže na aktivnost trdnih teles v bližini zvezde, vendar sam po sebi ne zadostuje za prepoznavanje trka, pri katerem nastaja planet zemeljskega tipa, ali za dokaz, da je tam kamniti planet.[25]

»Psyche« bo preučevala morebitni ostanek zgodnje diferenciacije

Nasino vesoljsko plovilo »Psyche« je namenjeno preučevanju izbranega asteroida z veliko kovinami iz orbite - merjenju njegove sestave, gravitacije in magnetnih lastnosti. Eden od ciljev je preveriti, ali asteroid vsebuje snov iz jedra planetesimala. Njegov natančni izvor ostaja odprto vprašanje.[26]

Modeli nastajanja morajo pojasniti celotne sisteme: število planetov, njihove mase, razdalje med njimi, sestavo in preostala manjša telesa. Če se spremenijo porazdelitev in dotok trdne snovi, vpliv orjaških planetov ali čas migracije, se lahko hkrati spremeni več značilnosti nastajanja.[1]

Samo iz orbite planeta ne moremo izvedeti, kako so ti procesi potekali.[1], [9], [19]

Uporaben model nastajanja ne poustvari le enega znanega planeta. Daje napovedi, ki jih je mogoče primerjati s podatki o meteoritih, meritvami planetov, opazovanji diskov in vse večjo raznolikostjo sistemov eksoplanetov.[1]