Przejdź do treści

Dane z sondy New Horizons rozwiązują zagadkę formowania się planet

img

Minął ponad rok od bliskiego przelotu sondy New Horizons obok planetoidy Arrokoth - najodleglejszego obiektu zbadanego przez człowieka z bliska. Ten pierwotny świat, nienaruszony od czasów formacji Układu Słonecznego mówi nam wiele o jego początkach. Naukowcy znaleźli tam dowody obalające jedną z wiodących teorii opisujących jak mogły powstać zalążki planet.

Statek New Horizons przeleciał obok planetoidy Arrokoth w Pasie Kuipera (wtedy znanej jako 2014 MU69) 1 stycznia 2019 roku. W czasie tego spotkania wymierzył w obiekt wszystkie instrumenty naukowe. Naukowcy od razu zaczęli analizować otrzymane dane, a ich przesył trwa do dziś.

Na podstawie szczegółowych danych z przelotu, opisujących kształt obiektu, jego geologię i skład udało się prawdopodobnie odpowiedzieć na jedno z ważniejszych pytań dotyczących tego jak powstawały we wczesnym Układzie Słonecznym planetozymale - małe ciała niebieskie będące zalążkami późniejszych planet. Zespół badaczy swoje wnioski przedstawił w trzech artykułach naukowych opublikowanych w czasopiśmie Science.

img
Animacja 3D planetoidy Arrokoth, wykonana na bazie zdjęć uzyskanych z sondy New Horizons. Źródło:  NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Roman Tkachenko.

Pierwsze wyniki obserwacji Arrokoth zostały opublikowane już w maju 2019 r. Naukowcy dowiedli wtedy, że gładka powierzchnia planetoidy jest dowodem na jej pierwotny charakter i zachowanie właściwości z czasów formowania się Układu Słonecznego.

W kolejnych miesiącach badacze pracowali z coraz dokładniejszymi danymi i przeprowadzali symulacje komputerowe, które miały pokazać w jaki sposób obiekt ten się ukształtował. Ich analiza wykazała, że planetoida o kształcie bałwana została utworzona z dwóch kiedyś rozłącznych obiektów, które powstały blisko siebie. Z czasem planetoidy orbitowały coraz bliżej siebie aż nastąpiło ich łagodne połączenie.

img
Symulacja powstania planetoidy Arrokoth. Czerwone cząstki oznaczają wyższe wartości przyspieszenia. Źródło: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/D.C. Richardson

Jednolity kolor i skład powierzchni wskazuje, że Arrokoth powstał z pobliskiego materiału, w wyniku lokalnego zapadnięcia się mgławicy słonecznej. Podobne spłaszczenie obu części planetoidy i podobne zwrócenie biegunów są także oznaką łagodnego złączenia.

Alan Stern, główny badacz misji New Horizons podsumowuje przedstawione wyniki: “Wszystkie dowody jakie znaleźliśmy wskazują na model zapadania się mgławicy słonecznej i żaden nie sugeruje powstania tej planetoidy przez hierarchiczną akrecję. To może prowadzić do konkluzji, że podobnie powstawały inne planetyzmale w Układzie Słonecznym.” Pas Kuipera jest bowiem daleko położoną pozostałością po procesie formowania się planet.

Szczegóły pochodzenia obiektu Arrokoth opisane są w artykule “The solar nebula origin of (486958) Arrokoth, a primordial contact binary in the Kuiper Belt”.

Do tej pory konkurowały ze sobą dwie teorie powstawania planet. Pierwszy dominujący do tej pory model hierarchicznej akrecji zakładał, że seria kolizji coraz większych obiektów spowodowała powstanie planet Układu Słonecznego. Wadą tej teorii była trudność w wyjaśnieniu jak coraz większe obiekty powstające w ten sposób nie rozpadały się znów na skutek kolizji, ale dochodziły do rozmiarów coraz większych brył.

Alternatywą jest teoria niestabilności grawitacyjnej, w której chmura niewielkich drobin skalnych zapada się lokalnie pod wpływem grawitacji. Za zgrupowaniem tych drobin stałoby zjawisko niestabilności przepływowej (z ang. streaming instability). Gaz wywiera opór na cząsteczki skalne grupując je w strumienie, trochę tak jak kolarze zbierają się w peleton podczas wyścigów kolarskich. To umożliwiłoby powstawanie obiektów wielkości nawet setek kilometrów w czasie zaledwie tysięcy lat.

Arrokoth jest obiektem będącym żywym dowodem na drugą teorię. Wskazuje na to taki sam sposób spłaszczenia obu części i inne cechy morfologiczne. Obiekt ten nie mógł powstać w wyniku hierarchicznych zderzeń, a musiał mieć swoje źródło w jednym obłoku materiału skalnego.

W artykule o kolorze i składzie planetoidy zatytułowanym “Color, composition, and thermal environment of Kuiper Belt object (486958) Arrokoth” naukowcy piszą o odkryciu lodu metanolowego i materiału organicznego na jej powierzchni. Obiekt ma jednolitą czerwonawą barwę i nie wykryto na nim lodu wodnego.

W ostatnim artykule “The geology and geophysics of Kuiper Belt object (486958) Arrokoth” naukowcy analizują kształt i geologiczną ewolucją planetoidy. Od ostatnich analiz z maja 2019 r. badacze dysponowali 10 razy większą ilością danych. Pozwoliło to utworzyć dokładniejsze modele topograficzne powierzchni i lepiej zamodelować jej kształt i rotację.


Model kształtu planetoidy Arrokoth. Źródło: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/James Tuttle Keane.

Sonda New Horizons kontynuuje swoje badania. Po historycznych odwiedzinach Plutona i Arrokoth, statek wykonuje obserwacje z daleka innych obiektów Pasa Kuipera i rejestruje środowisko naładowanych cząstek i pyłu w tym regionie Układu Słonecznego. W tej chwili New Horizons znajduje się ponad 7 mld km od Ziemi, przemieszczając się z prędkością 50 400 km/h.

Na podstawie: Science/NASA

Opracował: Rafał Grabiański

Więcej informacji:

 

 

Na zdjęciu tytułowym: Kolorowe zdjęcie kompozytowe planetoidy Arrokoth, obok której przeleciała sonda New Horizons 1 stycznia 2019 r. Źródło: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Roman Tkachenko.