Теперь ученые из MIT и их коллеги оценили целую жизнь солнечной туманности – ключевая стадия, во время которой сформировалась большая часть эволюции солнечной системы.Эта новая оценка предлагает, чтобы газовые гиганты Юпитер и Сатурн сформировались в течение первых 4 миллионов лет после формирования солнечной системы. Кроме того, они, должно быть, закончили управляемую газом миграцию своих орбитальных положений к этому времени.
«Так много происходит прямо в начале истории солнечной системы», говорит Бенджамин Вайс, преподаватель земли, атмосферных, и планетарных наук в MIT. «Конечно, планеты развиваются после этого, но крупномасштабная структура солнечной системы была по существу установлена за первые 4 миллиона лет».Вайс и MIT postdoc Хуэпеи Ван, первый автор этого исследования, сообщают об их результатах сегодня в журнале Science.
Их соавторы – Бринна Дауни, Клемент Суэвет и Роджер Фу из MIT; Сюэ-Нин Бай из Смитсоновского Гарвардом Центра Астрофизики; Юн Ван и Джиэджун Ван из Брукхевенской Национальной лаборатории; и Мария Зуколотто из Национального музея в Рио-де-Жанейро.Захватывающие рекордерыИзучая магнитные ориентации в нетронутых образцах древних метеоритов, которые сформировались 4,563 миллиарда лет назад, команда решила, что солнечная туманность продлилась приблизительно 3 – 4 миллиона лет. Это – более точное число, чем предыдущие оценки, которые поместили жизнь солнечной туманности в куда-нибудь между 1 и 10 миллионами лет.
Команда пришла к своему заключению после тщательного анализа angrites, которые являются некоторыми самыми старыми и самая нетронутая из планетарных скал. Angrites – магматические породы, многие из которых, как думают, прорвались на поверхность астероидов очень рано в истории солнечной системы и затем быстро охладились, замораживая их оригинальные свойства – включая их состав и палеомагнитные сигналы – в месте.Ученые рассматривают angrites как исключительные рекордеры ранней солнечной системы, особенно поскольку скалы также содержат большое количество урана, который они могут использовать, чтобы точно определить их возраст.«Angrites действительно захватывающие», говорит Вайс. «Многие из них похожи на то, что могло бы прорываться на Гавайях, но они охладились на очень раннем planetesimal».
Вайс и его коллеги проанализировали четыре angrites, которые упали на Землю в различных местах и времена.«Каждый упал в Аргентине и был обнаружен, когда сельскохозяйственный рабочий был обработкой почвы его область», говорит Вайс. «Это было похоже на индийский экспонат или миску, и землевладелец держал его этим домом в течение приблизительно 20 лет, пока он наконец не решил проанализировать его, и это оказалось действительно редким метеоритом».
Другие три метеорита были обнаружены в Бразилии, Антарктиде и пустыне Сахара. Все четыре метеорита были удивительно хорошо сохранившимися, не претерпев никакое дополнительное нагревание или главные композиционные изменения, так как они первоначально сформировались.Измерение крошечных компасов
Команда получила образцы из всех четырех метеоритов. Измеряя отношение урана, чтобы вести в каждый типовые, предыдущие исследования решили, что самые старые три сформировались приблизительно 4,563 миллиарда лет назад. Исследователи тогда измерили намагничивание остатка скал, используя магнитометр точности в Лаборатории Палеомагнетизма MIT.«Электроны – небольшие стрелки компаса, и если Вы выравниваете связку их в скале, скала становится намагниченной», объясняет Вайс. «Как только они выровнены, который может произойти, когда скала охлаждается в присутствии магнитного поля, тогда они остаются тот путь.
Это – то, что мы используем в качестве отчетов древних магнитных полей».Когда они поместили angrites в магнитометр, исследователи наблюдали очень мало намагничивания остатка, указывая, что было очень мало подарка магнитного поля, когда angrites сформировался.
Команда пошла шаг вперед и попыталась восстановить магнитное поле, которое произведет выравнивания скал или отсутствие этого. Чтобы сделать так, они подогрели образцы, затем охладили их снова в управляемом лабораторией магнитном поле.«Мы можем продолжать понижать область лаборатории и можем воспроизвести то, что находится в образце», говорит Вайс. «Мы находим, что только очень слабые области лаборатории позволены, даны, как мало намагничивания остатка находится в этих трех angrites».Определенно, команда нашла, что намагничивание остатка angrite, возможно, было произведено чрезвычайно слабым магнитным полем не больше, чем 0,6 микротесла, 4,563 миллиарда лет назад, или, спустя приблизительно 4 миллиона лет после начала солнечной системы.
В 2014 группа Вайса проанализировала другие древние метеориты, которые сформировались в течение первых 2 – 3 миллионов лет солнечной системы и нашли доказательства магнитного поля, которое было приблизительно в 10-100 раз более сильно – приблизительно 5-50 микротесла.«Предсказано, что, как только магнитное поле понижается фактором 10-100 во внутренней солнечной системе, которую мы теперь показали, солнечная туманность уходит действительно быстро, в течение 100 000 лет», говорит Вайс. «Таким образом, даже если солнечная туманность не исчезла на 4 миллиона лет, это в основном продвигалось».Планеты выравниваютНовая оценка исследователей намного более точна, чем предыдущие оценки, которые были основаны на наблюдениях за далекими звездами.
«Кроме того, палеомагнетизм angrite ограничивает целую жизнь нашей собственной солнечной туманности, в то время как астрономические наблюдения, очевидно, измеряют другие далекие солнечные системы», добавляет Ван. «Так как солнечная целая жизнь туманности критически затрагивает конечные положения Юпитера и Сатурна, она также затрагивает более позднее формирование Земли, нашего дома, а также формирования других земных планет».Теперь, когда у ученых есть лучшая идея того, сколько времени солнечная туманность сохранилась, они могут также сузиться в на как гигантские планеты, такие как Юпитер и сформированный Сатурн. Гигантские планеты главным образом сделаны из газа и льда, и есть две преобладающих гипотезы для того, как весь этот материал объединился как планета.
Каждый предполагает, что гигантские планеты, сформированные из гравитационного коллапса сжатия газа, как солнце, сделали. Другой предполагает, что они возникли в двухэтапном процессе, названном основным приростом, в котором части материала разбились и соединились вместе, чтобы сформировать большие скалистые, ледяные тела.
Как только эти тела были достаточно крупными, они, возможно, создали гравитационную силу, которая привлекла огромные количества газа, чтобы в конечном счете сформировать гигантскую планету.Согласно предыдущим предсказаниям, гигантские планеты, которые формируются через гравитационный коллапс газа, должны закончить свое общее формирование в течение 100 000 лет. Основной прирост, напротив, как как правило думают, берет намного дольше на заказе 1 к нескольким миллионам лет.
Вайс говорит, что, если бы солнечная туманность была вокруг за первые 4 миллиона лет формирования солнечной системы, это оказало бы поддержку основному сценарию прироста, который обычно одобряется среди ученых.«Газовые гиганты, должно быть, сформировались на 4 миллиона лет после формирования солнечной системы», говорит Вайс. «Планеты перемещались повсеместно, в и по большим расстояниям, и все это движение, как думают, стимулировали гравитационные силы от газа. Мы говорим, что все это произошло за первые 4 миллиона лет».
Это исследование было поддержано, частично, НАСА и щедрым подарком от Томаса Дж. Петерсона младшего