Земля — геологическая аномалия. Согласно стандартным моделям формирования планет, наш мир должен был стать «планетой-океаном» — гигантским шаром льда и воды без единого клочка суши. Вместо этого мы живем на твердой каменистой планете, где вода составляет ничтожную долю от общей массы.
Долгое время астрофизики не могли согласовать теоретические расчеты с реальностью. Однако исследование, опубликованное группой японских ученых под руководством Рё Савады из Токийского университета, предлагает решение этого парадокса. Судя по всему, своим нынешним обликом Солнечная система обязана потокам космических лучей от близкой сверхновой, которые буквально «высушили» строительные блоки нашей планеты.
Парадокс сухой планеты
В ранней Солнечной системе, около 4,6 миллиарда лет назад, ситуация кардинально отличалась от нынешней. Молодое Солнце окружал плотный диск из газа и пыли. В его внешних, холодных областях вода присутствовала в изобилии в виде льда. Планеты, формирующиеся в такой среде, неизбежно вбирают в себя огромные объемы этого льда.
Если бы этот процесс шел линейно, Земля сегодня напоминала бы спутники Юпитера Европу или Ганимед, только гораздо крупнее. Глубина океана на такой планете исчислялась бы сотнями километров, а огромное давление на дне создавало бы слои экзотического льда, изолирующего каменистое ядро от воды. В таких условиях углеродный цикл, необходимый для стабилизации климата и возникновения жизни земного типа, просто не смог бы работать.
Однако Земля на удивление сухая. Чтобы избежать сценария водного мира, что-то должно было нагреть первичные астероиды (планетезимали) изнутри и выпарить воду еще до того, как они слиплись в планету. Главным кандидатом на роль «печки» всегда считался алюминий-26 — радиоактивный изотоп с коротким периодом полураспада. Распадаясь, он выделяет мощное тепло.
Вопрос заключался лишь в одном: откуда в нашей системе взялось столько радиоактивного алюминия именно в нужный момент?
Проблема «расстояния и разрушения»
Классическая теория гласила, что алюминий-26 попал к нам вместе с веществом взорвавшейся по соседству звезды. Сценарий предполагал «инъекцию»: сверхновая выбрасывает облака обогащенной материи, и часть из них смешивается с протопланетным диском Солнца.
Но компьютерное моделирование выявило фундаментальный изъян этой идеи. Чтобы забросить в нашу систему достаточное количество изотопов, взрыв должен произойти очень близко. Настолько близко, что ударная волна от сверхновой просто сдула бы газопылевой диск, оставив Солнце без материала для создания планет. Если же отодвинуть звезду на безопасное расстояние, диск выживает, но получает слишком мало алюминия-26. Получался замкнутый круг: либо нет планет, либо они ледяные.
Космические лучи вместо звездной пыли
Рё Савада и его коллеги предложили механизм, разрешающий это противоречие. Они сместили фокус с переноса вещества на перенос энергии.
Когда массивная звезда взрывается, она работает как природный ускоритель частиц, разгоняя протоны и атомные ядра до околосветовых скоростей. Это и есть космические лучи. Новая модель показывает, что для обогащения Солнечной системы алюминием не обязательно, чтобы в нее влетали куски самой звезды. Достаточно, чтобы ее пронзил поток высокоэнергетических частиц.
Процесс выглядит так:
- Сверхновая вспыхивает на расстоянии нескольких световых лет — достаточно далеко, чтобы ее ударная волна ослабла и не разрушила протопланетный диск.
- Потоки космических лучей достигают диска раньше самой взрывной волны.
- Врезаясь в пыль и газ, окружающие молодое Солнце, эти лучи провоцируют ядерные реакции непосредственно на месте (процесс расщепления ядер).
- В результате этих столкновений алюминий-26 рождается прямо внутри «строительного мусора», из которого позже соберется Земля.
Такой подход элегантно решает проблему. Сверхновая может находиться на безопасной дистанции, но при этом эффективно насыщать будущие планеты радиоактивным топливом. Это топливо разогревает недра планетезималей, лед тает и испаряется в космос, оставляя сухой камень, пригодный для формирования землеподобной планеты.
Мы не уникальны?
Пожалуй, самый важный вывод из работы японских астрофизиков касается распространенности жизни во Вселенной. Звезды редко рождаются в одиночестве, чаще — в крупных скоплениях, где массивные, быстро сгорающие светила являются обычными соседями.
Если для «осушения» планет не требуется уникальное стечение обстоятельств (вроде прямого попадания вещества сверхновой), а достаточно лишь фонового облучения космическими лучами, то сценарий формирования сухих каменистых миров становится не исключением, а правилом. Это означает, что экзопланеты с умеренным количеством воды, подобно Земле, могут встречаться в нашей Галактике гораздо чаще, чем предполагалось ранее.
В конечном итоге, существованием твердой почвы под ногами мы обязаны космическому катаклизму. Смерть далекой звезды запустила ядерные реакции в колыбели нашей планеты, превратив потенциальный безжизненный океан в тот мир, который мы знаем.
Читайте также: Путешествие Солнечной системы через гигантское молекулярное облако 10 миллионов лет назад
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.