Карим Хайдаров - ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ДИНАМИКА ИМПАКТНОГО МЕТАМОРФИЗМА - Состав дозвездной стадии аккреции вещества галактического диска

ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ДИНАМИКА УДАРНОГО МЕТАМОРФИЗМА

Светлой памяти моей дочери Анастасии посвящаю
Состав дозвездной стадии аккреции вещества галактического диска

Словосочетание "дозвездная стадия" применяется автором не в том мифическом эволюционистском смысле, что это время до возникновения звезд во Вселенной. Реально, процесс образования звезд "населения I", к которому относится и Солнце, путем аккреции шел многие поколения звезд, идет сейчас, и будет идти в далеком будущем. Поэтому "дозвездная стадия" означает время, когда данная конкретная звезда по массе еще не доросла до излучающей звезды, но пребывает микрокометой, кометой, планетой юпитерианского типа.

Продукты взрывов сверхновых, составляющих источник аккреции вещества галактического диска, состоят из того же вещества, из которого состояли взорвавшиеся звезды и их планеты. Они имеют большую "металличность", то есть большой процент элементов, тяжелее гелия. Этот процент зависит не столько от возраста погибшей во взрыве звезды, сколько от возраста галактики, так как накопление тяжелых элементов продолжается в течение многих поколений звезд (металличность галактик плавно растет с их возрастом).

В нашей галактике этот процент составляет от 1 до 4%. Именно эта часть вещества диска составляет основу космической пыли и микрокомет, агрегирующих во всё бόльшие и бόльшие частицы благодаря сцеплению пылинок.

В условиях невесомости и низких температур такие вещества как углерод, кремний, вода (лед) обладают свойством соединяться в дендритные структуры, то есть нити древовидной структуры. Эти структуры являются идеальным абсорбентом молекул газов, рассеянных в космосе.

Таким образом, практически всё межзвездное вещество собирается этими снежными комочками, которые порой залетают и в атмосферу Земли, наблюдаемые в ней как метеороиды. Их распределение по массам m аналогично функции масс Солпитера, на которой мы остановимся ниже, то есть приближается к c/m² (чем мельче метеороиды, тем их больше)

Начальный этап жизни кометы - это этап свободного полета в галактике по гиперболическим траекториям мимо звезд и иных небесных тел. Под действием сил сцепления, упомянутых выше, а затем и гравитации, микрокометы растут до комет и планет юпитерианского типа. Все эти тела имеют практически один и тот же состав, различающийся только долей летучих веществ, в особенности водорода и гелия, которые трудно удержать телу малой гравитации.

Измерения плотности непериодических ("новых", гиперболических) комет и комет с большим периодом показывает, что их плотность составляет 0.1 - 0.8 кг/дм³, то есть они состоят в основном из воды и абсорбированных газов.

Жизнь кометы очень длительна. Чтобы вырасти до блуждающей планеты юпитерианского типа или коричневого карлика ей необходимы многие миллиарды лет. Поэтому судьбы комет очень сложны и разнообразны.

По мере роста кометы и ее эпизодического прохождения по гиперболической траектории вблизи звезд и сверхновых, она многократно теряет летучие вещества, и ее тугоплавкий керн всё больше агрегируется в породу, близкую по составу планетным базальтам. Это естественно, так как все планеты - это результат аккреции межзвездного вещества.

Тугоплавкий керн молодых комет представляет собой лишь пыль и подобие реголитового песка, рассеянного в кометных льдах. Его мы можем наблюдать в составе импактной почвы Луны (см. рис.2a). Под действием сил космического метаморфизма - времени, давления и излучения звезд при близком пролете, он приобретает вид спекшегося реголита или хондрита (см. рис. 2b). Часто это ноздреватые породы подобные пемзам, остатки которых находят, как на Луне (см. фото, рис. 2c), так и на Земле вблизи импактных кратеров (см. фото, рис. 2d).

Для еще более крупных комет, приближающихся по размерам к планетам, тугоплавкий керн метаморфизуется в скальное базальтовое ядро.

(a) (b)

(c) (d)

Рис. 2. Лунные импактные породы, сфотографированные членами экспедиций Апполон-11/17 [6]: (a) - типа реголитового песка, (b) - типа спекшегося реголита, (c) -ноздреватые типа пемз, и (d) - земные шлакопемзы, найденные вблизи импактных кратеров Е.В. Дмитриевым [7]

Рис. 3. Распределение 80 малых тел Солнечной системы по плотности [5].

Есть еще один тип комет, затравку которых образуют скальные обломки экзопланет - спутников звезд, ставших сверхновыми. Эти планеты были разрушены взрывом своего солнца.

Кроме того, затравками комет могут быть также обломки твердых ядер самих звезд. Последнее непривычно уху современного астрофизика, воспитанного на мифах рр- синтеза и температур в миллионы градусов в центрах звезд, однако это видится автору ближе к истине.

Различие в происхождении комет показывается модальностью распределения плотности астероидов - малых небесных тел Солнечной системы (см. рис. 3), которые являются старыми кометами, потерявшими летучую часть своего вещества вследствие облучения Солнцем и свой былой эксцентриситет (см. рис. 4).

Среди них - еще не потерявшие воды "ледяные" астероиды плотности 0.8 - 1.8, "каменные" астероиды плотностью 2.3 - 3.5, соответствующие планетным горным породам, "железокаменные" и "железные" астероиды плотностью выше 4.3, вещество которых представляет, по всей видимости, осколки сверхтвердых ядер планет и звезд.

Рис. 4. Распределение тел Солнечной системы по плотности и эксцентриситету [5].

(видно, что с ростом плотности уменьшается эксцентриситет кометоидных тел, что свидетельствует о потере летучих веществ со временем их пребывания в Солнечной системе)

Таким образом, можно выделить 4 типа кометного вещества:

Тип 1. Летучие вещества на водо-ледяной основе, то есть вещества абсорбированные льдом и снегом, и растворенные в воде. Эта компонента в зависимости от слёживания и состава имеет плотность от 0.1 до 1.2 кг/дм³.

Тип 2. Тугоплавкое пылевое и реголит-хондритное вещество базальтоидного состава, метаморфизированное временем и пролетами вблизи звезд. В зависимости от степени метаморфизации и состава эта компонента имеет плотность от 2.3 до 3.5 кг/дм³.

Тип 3. Скальные породы - обломки коры и мантии экзопланет. Эта компонента в зависимости от состава имеет плотность от 2.7 до 4.2 кг/дм³.

Тип 4. Скальные породы - обломки ранее сверхсжатых ядер экзопланет и звезд мантии экзопланет. По преимуществу железо-никелевая, эта компонента в зависимости от состава имеет плотность от 4.3 до 7.8 кг/дм³.

Вся жизнь комет разделена на два неравных этапа:

- этап свободного полета в галактике или период аккреции, роста;

- этап захваченного существования иным телом (планетой, звездой).

На первом этапе комета может существовать неопределенно долго, не только увеличиваясь за счет аккреции более мелких тел, но иногда и теряя массу при близком гиперболическом пролете мимо звезд, в том числе новых и сверхновых, которые оставляют ей радионуклидные метки "возраста", облучая вещество кометы интенсивным потоком нейтронов. Именно такие проходы существенно меняют, метаморфизуют вещество кометы.

Бόльшую часть времени аккреции кометы проводят далеко от звезд, поэтому в их составе превалируют вещества типа 1. Тугоплавкая компонента обычно составляет 1-4 % вкраплений. Именно такого состава кометы составляют большинство "новых" комет, то есть непериодических и недавно захваченных Солнцем комет, то есть комет, сделавших не более 1000 витков вокруг Солнца.

Второй этап жизни кометы существенно короче первого. Будучи захваченной гравитационным полем звезды, она переходит на замкнутую эллиптическую орбиту. Постепенно теряя летучие вещества, комета становится астероидом - малой планетой. В отличие от планет, которые могут существовать в устойчивых планетных нишах триллионы лет, см. [8], жизнь астероидов ограничена максимум несколькими миллиардами лет, ибо они рано или поздно сталкиваются с другими небесными телами: иными астероидами, спутниками, планетами или самой звездой.

Так как в процессе орбитального движения комета со временем теряет бόльшую часть летучих веществ, то в ее составе начинают превалировать ранее скрытые компоненты типов 2 - 4. В зависимости от предыстории кометы на этапе образования и аккреции, ее плотность становится ближе к одному из этих типов.

Конечным моментом жизни комет и астероидов является столкновение. Если второе тело имеет твердую поверхность, то возникает явление ударного (импактного) метаморфизма, описанию динамики которого посвящена вторая часть настоящей статьи.

назад к содержанию дальше