Audringa Saulės sistemos jaunystė

Žiloje senovėje žmonės manė, kad kosmosas yra nekintantis skliautas, dengiantis Žemę. Žinoma, jame judėjo Saulė ir Mėnulis, taip pat, atidžiau stebint, buvo galima pamatyti žvaigždes-klajokles, kurias žinome kaip planetas: Merkurijų, Venerą, Marsą, Jupiterį ir Saturną. Bet visa kita, kas matoma danguje, buvo žvaigždės, amžinai šviečiančios tose pačiose vietose viena kitos atžvilgiu.

Vėliau, bėgant šimtmečiams, supratimas keitėsi. Paaiškėjo, kad planetos, kaip ir Žemės, sukasi aplink Saulę, kad kai kurios planetos turi savo palydovų, kaip Žemė turi Mėnulį, atrasta daugiau planetų, vėliau ir asteroidai. Bet visi šie objektai juda tvarkingai, beveik tiksliais apskritimais aplink Saulę ar kurią nors planetą. Toks „laikrodinės Visatos“ įvaizdis dominavo ne vieną šimtą metų, bet laikui bėgant pasikeitė ir jis.

Šiais laikais jau žinome, kad daugybė objektų Saulės sistemoje juda gerokai ištįsusiomis orbitomis, kurios kertasi tarpusavyje ir laikas nuo laiko įvyksta susidūrimai. Maža to, praeityje susidūrimų būta daugiau, o kai kurie iš jų apskritai nulėmė pagrindinių Saulės sistemos savybių raidą. Jei ne didžiuliai kosminiai smūgiai, neturėtume Mėnulio, Marsas atrodytų visiškai kitaip, Venera ir Uranas greičiausiai suktųsi kaip ir kitos planetos, ir daugybė kitų detalių būtų visai kitokios.

Dailininko vizualizacija, kaip galėjo atrodyti smūgis, suformavęs Mėnulį. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle

Šį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų Patreon platformoje – ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti vieno-kito dolerio per mėnesį, paremkite mane ir jūs.

Pirmieji įtarimai, kad ne viskas danguje yra taip tvarkinga ir harmoninga, kaip norėtųsi, kilo dar Antikos laikais. Juos sukėlė kometos. Nieko keisto: tai yra nereguliariai danguje pasirodantys objektai, kurie išlieka matomi keletą dienų, savaičių ar net mėnesių, o paskui išblėsta ir pranyksta. Tiesa, ilgą laiką filosofai nesutarė, ar tai yra kosminis, ar atmosferinis reiškinys. Senovės Indijos astronomų darbuose randami aprašymai, ganėtinai panašūs į šiandieninį supratimą, o štai Aristotelis kometas laikė žybsniais atmosferoje. XVI a. antroje pusėje atmosferinė hipotezė paneigta išmatavus 1577 metais stebėtos kometos paralaksą – regimosios padėties skirtumą, stebint iš skirtingų Žemės vietų. Taip nustatyta, kad ji yra bent keturis kartus toliau, nei Mėnulis. XVII a. Izaokas Niutonas suformulavo klasikinės mechanikos dėsnius, kurie paaiškino ir planetų judėjimą; netrukus suprasta, kad tai gali paaiškinti ir kometas – jos juda ištęstomis orbitomis ir kartais priartėja prie Saulės bei nušvinta.

Kometa Hale-Bopp, arba C/1995 O1, buvo viena ryškiausių kometų per pastaruosius pusšimtį metų. Arčiausią Saulei orbitos tašką ji pasiekė 1997 metais. Šaltinis: Jerry Lodriguss

Jei kometų orbitos yra elipsiškos, tai reiškia, kad jos kerta planetų orbitas. Ar gali kometa, ar koks kitas kosminis kūnas, atsitrenkti į planetą? Rimtai tokia idėja pradėta svarstyti tik XIX amžiuje. Tada iš pradžių geologai, o vėliau ir astronomai ėmė svarstyti, kad krentančios žvaigždės gali būti susijusios su iš dangaus nukritusiais akmenimis. Amžiaus viduryje išsiaiškinta, kad tos žvaigždės, arba meteorai, yra kometų dulkės, pasiekiančios Žemės atmosferą. Kai kurios iš jų yra tokios didelės, kad nesudega ore ir nukrenta ant Žemės.

Ir visgi tai – tik dulkės. Ar gali jos mums kelti pavojų arba paveikti Saulės sistemos evoliuciją? Atsakymo į pirmąjį klausimą ieškota ilgai: tik XX a. viduryje visuotinai pripažinta hipotezė, jog kai kurie krateriai susiformavo po didelių objektų smūgių į Žemės paviršių. Anksčiau buvo manoma, kad visi krateriai yra įgriuvos arba vulkaninių išsiveržimų padariniai. Taip žmonės suprato, kad praeityje Žemė bei kiti dangaus kūnai patyrė ne vieną stiprų smūgį iš dangaus. Kad panašūs smūgiai kartais gali įvykti ir šiais laikais, labai aiškiai pamatėme 1994 metais. Tada astronomai beveik tiesiogiai galėjo stebėti kometos Shoemaker-Levy 9 smūgį į Jupiterį. Apie šį įvykį ir jo pasekmes rašiau pernai, kai minėjome 25-erių metų sukaktį. Tada prasidėjo ir dedikuotos artimų Žemei asteroidų, kurių orbitos kerta mūsų planetos orbitą, paieškos. Per ketvirtį amžiaus jų rasta apie 20 tūkstančių, ir kiekvienas, nukritęs ant Žemės, gali sukelti kataklizmą. Dar daugybė mažesnių artimų asteroidų lieka neatrasti.

Artimų Žemei asteroidų vizualizacija. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech

Bet nusikelkime į praeitį. Saulės sistemos jaunystėje asteroidų skrajojo žymiai daugiau. Ir ne tik asteroidų: besiformuojant planetų sistemai, įvairaus dydžio gemalų buvo tikrai daugiau, nei dabartinės aštuonios. Dauguma jų neišgyveno iki šių dienų: nukrito į Saulę, išlėkė lauk į tarpžvaigždinę erdvę arba susidūrė su kitomis augančiomis planetomis. Pastarosios paliko pėdsakų, kuriuos galime matyti ir šiandien.

Žymiausias susidūrimas, be kurio mūsų nakties dangus būtų absoliučiai kitoks, įvyko per pirmą šimtą milijonų metų po Žemės susiformavimo. Tada į dar labai karštą ir negyvą mūsų planetą atsitrenkė maždaug Marso dydžio kūnas, vadinamas Tėja. Smūgio būta tokio stipraus, kad dalis Žemės medžiagos išlėkė į kosmosą. Kai kurie jos gabalai nukrito atgal į planetą, o kiti suformavo diską; pastarasis laikui bėgant susitelkė į Mėnulį. Pirmasis idėją, kad Mėnulis ir Žemė kadaise buvo vienas kūnas, XIX a. pabaigoje pasiūlė George’as Darwinas, garsiojo Charleso sūnus. Tačiau jis manė, kad Mėnulis atskilo nuo Žemės dėl greito pastarosios sukimosi. Vėliau paaiškėjo, kad tai nelabai įmanoma, o XX a. viduryje pasiūlyta smūgio hipotezė, kuri išpopuliarėjo aštuntajame dešimtmetyje. Tada buvo ištirti Apollo astronautų pargabenti Mėnulio uolienų mėginiai ir paaiškėjo, kad chemine sudėtimi Mėnulis yra toks artimas Žemei, kad atskirai nuo jos formuotis negalėjo. Modelis tebėra vystomas iki šiol – nesutariama, ar Tėja tik truputį užkliudė Žemę, ar pataikė į ją kaktomuša, ar diskas buvo panašus į Saturno, o gal visa Žemė pavirto į keistą riestainį primenančią struktūrą sinestiją, ir taip toliau. Bet smūgio faktu jau senokai neabejojama.

Vienas iš galimų Mėnulio formavimosi scenarijų: po Tėjos smūgio Žemė kuriam laikui tapo žiedo formos kūnu – sinestija – iš kurio dalies susiformavo mūsų palydovas. Šaltinis: Sarah Stewart/UC Davis, NASA vizualizacija

Dar vieną žymų smūgį patyrė jau pats Mėnulis. Deja, jo padarinių iš Žemės matyti beveik negalime, nes visas smūgio sukurtas Pietų poliaus – Aitkeno baseinas yra tolimojoje palydovo pusėje. 2500 kilometrų skersmens krateris yra vienas didžiausių Saulės sistemoje ir antras pagal dydį iš tų, kuriuos tikrai žinome esant smūgių padariniais. 2019 metų sausį į šį baseiną nusileido Kinijos zongas Čang’e-4. Jo mėnuleigis Jutu-2 netrukus aptiko uolienų, kurios greičiausiai smūgio metu buvo išmestos iš Mėnulio mantijos. O praėjusių metų viduryje, išanalizavę Mėnulio gravitacinio lauko duomenis, NASA mokslininkai paskelbė, kad baseine yra poros šimtų kilometrų dydžio anomalija – didesnio tankio greičiausiai metalinis gniužulas. Gali būti, kad tai yra baseiną suformavusio planetoido liekana, amžiams įkalinta Mėnulio plutoje ir mantijoje.

Pietų poliaus – Aitkeno baseinas. Šią milžinišką žemumą riboja Mėnulio pietų ašigalis ir Aitkeno krateris. Šaltinis: NASA/GSFC/Arizona State University

Didžiausias žinomas krateris Saulės sistemoje yra Marso Šiaurinis baseinas – 10 tūkstančių kilometrų ilgio ir daugiau nei 8000 kilometrų pločio elipsiška žemuma, apimanti nemažą dalį šiaurinio planetos pusrutulio. Nors smūginė kilmė nėra visuotinai pripažinta, du skaitmeniniai modeliai, paremti būtent tokia kilmės hipoteze, neblogai paaiškina baseino savybes. Pagal šiuos modelius, į Marsą jo jaunystėje atsitrenkė 1600-2700 kilometrų skersmens kūnas – dydžiu jis panašus į Plutoną ir yra šiek tiek mažesnis už mūsų Mėnulį. Gali būti, kad smūgis paliko pėdsaką ne tik Marso paviršiuje: Raudonosios planetos palydovai Fobas ir Deimas galėjo susiformuoti iš smūgio išmestos medžiagos. Toks modelis labai primena Mėnulio susiformavimą, tik mastelis yra šiek tiek mažesnis.

Visai gali būti, kad jaunystėje didžiulį smūgį patyrė ir Venera. Tiesa, tiesioginio smūgio įrodymo – kraterio – ten nerasime, nes Veneroje dar palyginus neseniai dažnai veržėsi ugnikalniai, nuolat keitę planetos paviršių. Prieš pusę milijardo metų Veneros paviršius greičiausiai buvo kone visas užpiltas lava, taigi senesnių kraterių ten nerasime. Tačiau įrodymų yra ir kitokių: gigantiškas susidūrimas Saulės sistemos jaunystėje gali paaiškinti, kodėl Venera yra labai sausa, kodėl jos atmosfera yra tokia tanki ir kodėl ji sukasi į priešingą pusę, nei dauguma kitų planetų. Tiesa, Veneros sukimasis aiškinamas ir kitaip – kaip Saulės keliamų potvynių pasekmė – taigi vien planetos sukimosi negalime laikyti senovinio susidūrimo įrodymu.

Dar viena Saulės sistemos planeta, Uranas, irgi sukasi priešinga kryptimi. Netgi tiksliau būtų sakyti, kad Uranas rieda savo orbita, nes jo sukimosi ašis pasvirusi tik kiek daugiau nei 90 laipsnių. Idėja, kad taip nutiko dėl milžiniško smūgio, iškelta dar 1966 metais; vėliau ji detalizuota, siekiant paaiškinti, kaip tokį smūgį atlaikė Urano palydovai, besisukantys aplink planetą maždaug ties jos pusiauju, taigi irgi pasisukę į pačios planetos orbitos plokštumą. Tiesa, yra ir alternatyvių paaiškinimų: didelis palydovas galėjo pasukti Uraną, o vėliau patį palydovą iš orbitos galėjo išmesti gravitacinės sąveikos su kitomis planetomis. Visgi smūgio hipotezė išlieka priimtinesnė, o naujausi modeliai rodo, kad ji gali paaiškinti ne tik Urano sukimąsi, bet ir netvarkingą planetos magnetinį lauką bei žemesnę nei toliau nuo Saulės esančio Neptūno temperatūrą. Vienareikšmio atsakymo apie Urano jaunystę greičiausiai neturėsime bent iki tada, kol ten nuvyks dedikuota misija, ištirsianti šią planetą panašiai nuodugniai, kaip Cassini ištyrė Saturną, o Juno – Jupiterį.

Kalbant apie Jupiterį, didžiausia mūsų sistemos planeta irgi neišvengė reikšmingų smūgių. Planetų formavimosi teorija teigia, kad dujinės milžinės pradeda augti panašiai, kaip ir uolinės planetos, tačiau galiausiai užauga tokios masyvios, kad prisitraukia ir išlaiko daugybę dujų. Taigi planetą turėtų sudaryti tankus uolinis branduolys ir stora dujinė atmosfera. Bet Juno zondo atlikti Jupiterio gravitacijos matavimai atskleidė kitokį vaizdą: Jupiterio branduolio masė siekia 5-15% planetos masės, bet ji pasklidusi per pusę planetos spindulio. Kitaip tariant, riba tarp planetos branduolio ir apvalkalo yra visiškai neryški. Pernai pasiūlytas ir galimas tokios struktūros paaiškinimas: jei į ką tik susiformavusį Jupiterį kaktomuša pataikė dešimt kartų už Žemę didesnis kūnas, jis galėjo suskaldyti planetos branduolį ir išsklaidyti jį dujų apvalkale. Nors laikui bėgant branduolio gabalai po truputį telkiasi planetos centre, šis procesas dar toli gražu nėra pasibaigęs, ir net po puspenkto milijardo metų Jupiterio branduolys yra pasklidęs. Įdomu, kad skaitmeniniai modeliai, kuriais ištirta ši galimybė, taip pat parodė net 40% tikimybę, kad Jupiteris panašų smūgį turėjo patirti per keletą milijonų metų po susiformavimo. Kitaip tariant, toks reikšmingas smūgis yra gana tikėtinas Jupiterio evoliucijos etapas.

Jupiterio branduolį sudaužiusio smūgio schema. Šaltinis: Shang-Fei Liu/Sun Yat-sen University

Net ir čia reikšmingų smūgių sąrašas toli gražu nesibaigia. Asteroidas Vesta turi milžinišką kraterį Rėjasilviją, kuris byloja apie kadaise įvykusį susidūrimą su panašaus dydžio kūnu. Kraterio skersmuo beveik lygus asteroido skersmeniui, taigi nedaug trūko, kad smūgis būtų sudaužęs Vestą į šipulius. Panaši buvo ir kito asteroido, Higėjos, istorija: prieš du milijardus metų į jį pataikęs kūnas išmušė daugybę šipulių, kurie sudaro vieną didžiausių asteroidų šeimų. Pačią Higėją smūgis galimai beveik visai ištirpdė, nes dabar ji yra apvali ir neturi jokio aiškaus kraterio. Saturno žiedai galimai atsirado vos prieš keliasdešimt milijonų metų; gali būti, kad jie susiformavo susidūrus ir subyrėjus dviem palydovams.

Nors iš mūsų kasdienybės perspektyvos dangus atrodo nekintantis, iš tiesų pokyčiai vyksta. Tarp tų pokyčių yra ir susidūrimų, kurie gali pakeisti planetų ar mažesnių kūnų savybes, išvesti juos iš orbitos ar visai suskaldyti. Praeityje jie buvo dažnesni, dabar – retesni, bet vis dar pasitaiko. Saulės sistema niekada nebuvo labai rami vieta.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *