Астрономія
Астрономія

Утворення органічних речовин на батьківських тілах астероїдів пов’язали з ударами

Дослідники провели ударні експерименти з пористим гіпсом, імітуючи удари, які переживали батьківські тіла астероїдів, та виміряли температури біля утворених кратерів. У результаті вони змогли оцінити, які удари призводили до водних змін, а які утворювали тверді органічні речовини на таких об’єктах. Стаття про це доступна у журналі Communications Earth and Environment.

NASA, JPL-CALTECH / Science

NASA, JPL-CALTECH / Science

Які джерела тепла існували для батьківських тіл астероїдів?

Джерело тепла є одним з головних факторів, що контролюють еволюцію батьківських тіл астероїдів. У внутрішній частині таких тіл тепло викликає гідротермічні реакції між водним льодом і гірськими породами, що створює умови для утворення органічних твердих речовин навіть при температурі нуль градусів за Цельсієм. Наприклад, у багатьох вуглецевих хондритів знаходили сліди змін під впливом води, і їхній мінералогічний аналіз показав, що материнські тіла таких астероїдів були нагріті до 50-150 градусів Цельсія. Щодо джерел тепла, які могли сприяти такому нагріванню, вже більше 50 років ведуться дискусії. Згідно з одним із сценаріїв, таким джерелом може бути радіоактивне нагрівання короткочасного радіоактивного елемента алюмінію-26. Іншим кандидатом у джерела є ударне нагрівання. Відносна швидкість руху астероїдів у головному поясі оцінюється в 4–5 кілометрів на секунду, тому їхнє зіткнення могло б спричинити високий ударний тиск, а пов’язане з цим ударне тепло могло би негайно підвищити температуру навколо ударного кратера. Такі взаємні зіткнення між малими тілами є загальним явищем протягом усієї історії Сонячної системи, тому це джерело тепла могло існувати навіть після закінчення радіоактивного тепла від розкладання алюмінію-26.

Який експеримент провели вчені?

Дослідники зімітували в лабораторії удари, які переживали батьківські тіла астероїдів. Для цього вони використали пористий гіпсовий блок у якості мішені, щоб імітувати примітивні пористі планетезималі. Гіпсу надали прямокутної форми, а потім випарували з нього воду за допомогою печі. Для вимірювання температури на різних ділянках цієї мішені застосували термопари. У форму стріляли з двоступеневої горизонтальної газової пушки, при цьому використовували алюмінієві та полікарбонатні кульки. У результаті вчені змогли виміряти температуру навколо ударних кратерів та визначити, як це вплинуло на об’єкт. Отримані дані потім застосували для моделювання умов на батьківських тілах астероїдів.

Що показали результати?

Дослідники змогли вирахувати максимальну температури та тривалість нагрівання. Вони вивчили, як максимальна температура під дном кратера зменшується залежно із віддаленням від точки удару, а тривалість нагрівання залежить від часу термічної дифузії. Зміни під впливом води відбуваються за температур 50–150 градусів Цельсія, а утворення твердої органічної речовини відбувається при температурах від 0 до 100 градусів. Тривалість водної зміни становить щонайменше 4 мільйони років, для батьківських тіл вуглецевих хондритів, а для утворення твердої органічної речовини потрібно щонайменше декілька десятків днів при температурі 100 градусів або принаймні кілька десятків тисяч років за температури 0 градусів. Науковці розрахували розподіл температури під дном кратера на батьківських тілах астероїдів, що розташовуються на відстані 1,5; 2 та 4 астрономічних одиниці від Сонця. Виявилося, що чим далі об’єкт розташовується від зірки, тим меншими є регіони водної зміни та утворення твердих органічних речовин. Чисельне моделювання демонструє, що на відстанях в межах 2 астрономічних одиниць удари, які створюють кратери радіусом більше 20 кілометрів, сприяють водним змінам в матеріалі під кратером, а ті, що лишають кратери радіусом один кілометр, можуть підтримувати утворення твпердих органічних речовин.

a): Термальні зміни на дні кратера на об’єктах, що знаходяться на відстані 1,5 (верхній малюнок), 2 (середній малюнок) та 4 (нижній малюнок) астрономічних одиниці від Сонця. b): Залежність між максимальною температурою та відстанню від точки удару на різних відстанях від Сонця. с): Залежність між температурою та відстанню від точки удару для різних розмірів кратера. Minami Yasui et al.

a): Термальні зміни на дні кратера на об’єктах, що знаходяться на відстані 1,5 (верхній малюнок), 2 (середній малюнок) та 4 (нижній малюнок) астрономічних одиниці від Сонця. b): Залежність між максимальною температурою та відстанню від точки удару на різних відстанях від Сонця. с): Залежність між температурою та відстанню від точки удару для різних розмірів кратера. Minami Yasui et al.