Asteroidy i ich wartość
Asteroidy są niczym kapsuły czasu, które zawierają naukowe wskazówki z początków Układu Słonecznego. To dlatego, że pozostały one w zasadzie niezmienione od czasu ich powstania miliardy lat temu. Ważnym czynnikiem, który się do tego przyczynił jest fakt, że nowo powstałe asteroidy miały płaszcze chroniące ich wnętrza przed kosmiczną erozją. Niemniej, na przestrzeni miliardów lat wiele asteroid za sprawą powtarzających się kolizji straciło te ochronne powłoki. Pozostały po nich tylko żelazne rdzenie, z których część rozpadła się na mniejsze kawałki.
Niektóre z tych kawałków żelaznych rdzeni asteroid spadły na Ziemię jako meteoryty, gdzie dla wielu stały się cennym surowcem. Tutanchamon, słynny egipski faraon, został na przykład pochowany wraz ze sztyletem wykonanym z żelaznego meteorytu, a Eskimosi przez wieki wytwarzali z takich meteorytów narzędzia.
Naukowcy interesują się żelaznymi meteorytami nie ze względu na ich wartość materialną, a właśnie ze względu na to, jakie informacje na temat wczesnego Układu Słonecznego skrywają. Nośnikami tych informacji są izotopy – postacie pewnych pierwiastków chemicznych, różniące się liczbą neuronów z jądrze od „bazowej” wersji danego pierwiastka.
Izotopy a historia Układu Słonecznego
W ramach najnowszych nadań uczeni przyjrzeli się w żelaznych meteorytach zawartości pierwiastków palladu, srebra i platyny. Mierząc tę zawartość, uczeni mogli ściślej niż kiedykolwiek określić, kiedy miejsce miały niektóre wydarzenia w Układzie Słonecznym.
„Poprzednie badania naukowe wykazały, że asteroidy w Układzie Słonecznym pozostały względnie niezmienione od czasu ich powstania, miliardy lat temu”, powiedziała główna autorka pracy poświęconej nowym badaniom, Alison Hunt. „Są zatem archiwum, w którym zachowane są informacje o warunkach panujących we wczesnym Układzie Słonecznym.”
Kluczem do informacji zawartych w żelaznych meteorytach jest szereg promieniotwórczy izotopów Pd 107 – Ag 107. Szereg promieniotwórczy to łańcuch izotopów powstających w wyniku kolejnych rozpadów promieniotwórczych, zgodnie z ich okresami półtrwania. Okres półtrwania izotopu Pd 107 wynosi 6,5 miliona lat, co oznacza że potrzebuje on aż 6,5 miliona lat, by rozpaść się na izotopy srebra Ag 107. Ten fakt wykorzystuje się do wykrywania krótkotrwałych izotopów z wczesnego Układu Słonecznego w meteorytach.
Autorzy nowej pracy zebrali próbki pochodzące z 18 różnych żelaznych meteorytów. Następnie wyizolowali z nich pallad, srebro i platynę, po czym użyli techniki spektrometrii mas, by zmierzyć w nich stężenie poszczególnych izotopów tych trzech pierwiastków. Najistotniejsza była zawartość jednego z izotopów srebra.
Powyższe ma związek z faktem, że w ciągu pierwszych kilku milionów lat historii Układu Słonecznego rozpadające się izotopy radioaktywne ogrzewały metaliczne rdzenie asteroid. Gdy te rdzenie stygły i rozpadały się kolejne izotopy, gromadził się w nich izotop srebra – Ag 107. Naukowcy zmierzyli stosunek Ag 107 do innych izotopów, by określić, jak szybko i kiedy rdzenie asteroid się ochładzały.
Rzecz jasna, tego typu pomiarów nie dokonano po raz pierwszy. Wcześniej nie brano jednak pod uwagę wpływu galaktycznego promieniowania kosmicznego (GCR) na proporcje izotopów. Promieniowanie to może zakłócać proces wychwytywania neutronów podczas rozpadu izotopów, zmniejszając zawartość Ag 107 i Ag 109. Tym razem wyniki skorygowano pod tym kątem, badając zawartość izotopów platyny.
„Nasze dodatkowe pomiary zawartości izotopów platyny pozwoliły nam skorygować pomiary izotopów srebra pod kątem zakłóceń spowodowanych przez napromieniowanie próbek w kosmosie. Dzięki czemu zdołaliśmy dokonać dokładniejszego datowania kolizji, niż kiedykolwiek wcześniej.”, poinformowała Hunt. „Ku naszemu zaskoczeniu, wszystkie zbadane przez nas jądra asteroid zostały odsłonięte prawie jednocześnie, w przedziale czasowym od 7,8 miliona do 11,7 miliona lat po utworzeniu się Układu Słonecznego.”
Młody Układ Słoneczny coraz mniej tajemniczy
Mogłoby się wydawać, że 4 miliony lat to dużo, ale w skali astronomicznej mowa o naprawdę krótkim okresie. Właśnie na przestrzeni 4 milionów lat rdzenie zbadanych asteroid zostały odsłonięte w wyniku kolizji z innymi obiektami. Bez ochronnego płaszcza wszystkie te rdzenie ochłodziły się niemalże jednocześnie.
Już wcześniejsze badania wykazywały, że do ochładzania się odsłoniętych rdzeni asteroid dochodziło szybko, ale ich autorzy nie byli w stanie tak dokładnie ograniczyć ram czasowych tego zjawiska. Aby asteroidy miały takie proporcje izotopów, jakie zmierzono w ramach nowych badań, Układ Słoneczny musiał być bardzo, bardzo chaotycznym miejscem. W jego historii musiał mieć miejsce okres bardzo częstych kolizji, które pozbawiły asteroid ich płaszczy.
Co mogłoby zainicjować okres tak częstych zderzeń w Układzie Słonecznym? Zdaniem naukowców są dwie możliwości. Pierwszy scenariusz ma związek z gazowymi gigantami Układu Słonecznego. Jeżeli te swego czasu migrowały lub były niestabilne, mogły powodować reorganizację wewnętrznego Układu Słonecznego, posyłając wiele obiektów na orbity kolizyjne. Scenariusz ten nazywa się modelem nicejskim.
Innym czynnikiem, który mógł wywołać okres wzmożonych kolizji, mógł być opór gazu w mgławicy słonecznej. Kiedy Słońce było protogwiazdą, było otoczone obłokiem gazu i pyłu zwanym mgławicą słoneczną. W jego obrębie powstał dysk protoplanetarny, w którym pojawiły się pierwsze asteroidy i ostatecznie planety. Początkowo mgławica słoneczna była na tyle gęsta, że spowalniała ruch asteroid i planetozymali, ale gdy Słońce zaczęło wytwarzać więcej wiatru słonecznego i promieniowania, te czynniki rozrzedziły ją na tyle, że przestała wywierać na wymienione obiekty tak duży opór. Bez jej tłumiącego efektu, asteroidy poruszały się szybciej i znacznie częściej zderzały się ze sobą.
Jak widać, mimo że dzięki najnowszym badaniom wiemy o wczesnym Układzie Słonecznym jeszcze więcej, wciąż nie wiemy o nim wszystkiego. Oznacza to, że astronomowie mają jeszcze w tej kwestii duże pole do popisu.
Źródło: ETH Zurich, fot. tyt. ETH Zurich, Tobias Stierli, flaeck/PlanetS