Σπάνιοι μετεωρίτες αναζωπυρώνουν τη διαμάχη πάνω στη γέννηση του ηλιακού συστήματος

Από σελίδα του Πανεπιστημίου Stanford, Ιούνιος 2003

Μια νέα μελέτη πάνω στους μετεωρίτες αναζωπυρώνει μια επιστημονική συζήτηση για τη δημιουργία του ηλιακού συστήματός μας.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science, είναι βασισμένη στη μικροσκοπική ανάλυση δύο σπάνιων μετεωριτών που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα στην Ανταρκτική και την Αφρική.

Οι περισσότεροι μετεωρίτες που βρίσκονται στη Γη θεωρούνται ότι είναι κομμάτια αστεροειδών -- αρχαίοι βράχοι που σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια της δημιουργίας του ηλιακού συστήματος, περίπου 4.56 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Χιλιάδες αστεροειδείς βρίσκονται ακόμα σε τροχιά γύρω από τον ήλιο, στην  ζώνη των αστεροειδών, μεταξύ του Άρη και Δία, περίπου 240 δισεκατομμύρια km από τη Γη.

Οι αστεροειδείς και οι μετεωρίτες είναι στερεά σώματα που δεν ενσωματώθηκαν ποτέ με τους πλανήτες. Και έχουν επιζήσει, αμετάβλητα, για 4.56 δισεκατομμύρια χρόνια, όπως λέει ο φυσικός Anders Meibom, ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο τμήμα γεωλογικών και περιβαλλοντικών επιστημών του Στάνφορντ, που συνυπογράφει τη μελέτη στο Science.

Χονδρίτες και χονδρούλες

Χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά μικροσκόπια και άλλες εργαστηριακές τεχνικές, ο Meibom και οι συνάδελφοί του διεύθυναν μια λεπτομερή χημική ανάλυση δύο χονδριτών -- πρωτόγονους μετεωρίτες φτιαγμένους  από χιλιάδες μικροσκοπικά στρογγυλά σωματίδια, από χονδρούλες.

"Οι χονδρούλες είναι μεταξύ των παλαιότερων αντικειμένων στο ηλιακό σύστημα, που χρονολογείται από τη γέννηση του ήλιου", λέει ο Meibom, "έτσι όταν εξετάζουμε τις χονδρούλες, εξετάζουμε πραγματικά τα πρώτα -πρώτα βήματα προς τη δημιουργία του ηλιακού συστήματός μας".

Ο Meibom επισημαίνει ότι οι περισσότερες χονδρούλες αποτελούνται από πυριτικά άλατα και μέταλλα που μπορούν να παραχθούν μόνο στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Ακριβώς αυτό το σημείο, για το πώς αυτά τα συστατικά σχηματίστηκαν στη πρώτη φάση του ηλιακού συστήματος, είναι ένα καυτό θέμα συζήτησης μεταξύ των επιστημόνων.

"Η συμβατική άποψη", σημειώνει ο Meibom, "είναι ότι οι χονδρούλες ξεκίνησαν σαν μικρές σφαίρες σκόνης, μεγέθους 1mm, στην ζώνη των αστεροειδών, περίπου 4.56 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Σήμερα, η αστεροειδής αυτή ζώνη είναι εξαιρετικά κρύα, αλλά εκείνη την περίοδο, η θερμοκρασία ήταν λίγο κάτω από 370 βαθμούς Κελσίου. Αυτές οι μικρές σφαίρες της σκόνης έλειωσαν μετά από τις γρήγορες εκρήξεις των κυμάτων κλονισμού, οι οποίες αύξησαν πολύ γρήγορα τις θερμοκρασίες, περίπου σε 1600 βαθμούς Κελσίου".

Σύμφωνα με αυτήν την θεωρία, καθώς τα λειωμένα σωματίδια ψύχθηκαν, μετατράπηκαν σε χονδρούλες, μεγέθους 1 mm, που τελικά συγκεντρώθηκαν μαζί για να σχηματίσουν τους μεγαλύτερους χονδρίτες.

Νέα θεωρία

Αλλά το 1996, ο αστρονόμος Frank Shu του πανεπιστημίου Καλιφόρνιας πρότεινε μια διαφορετική θεωρία βασισμένη εν μέρει στις δραματικές εικόνες από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, το οποίο -- για πρώτη φορά -- επέτρεψε στους αστρονόμους να επιβεβαιώσουν την ακριβή γέννηση των νέων αστεριών οπουδήποτε στο Γαλαξία.

Ο Hubble αποκάλυψε ότι τα περισσότερα νέα αστέρια δημιουργούνται από τεράστιους δίσκους αερίου και  σκόνης.

Καθώς οι δίσκοι συστέλλονται, περιστρέφεται ολοένα και γρηγορότερα, διοχετεύοντας τεράστιες ποσότητες διαστρικής σκόνης προς το κέντρο τους, εκεί όπου οι θερμοκρασίες φθάνουν στους 1600 βαθμούς Κελσίου ή και περισσότερο --- αρκετά μεγάλες για να λειώσουν το μέταλλο και να ατμοποιήσουν τα περισσότερα στερεά.

Ο περιστρεφόμενος δίσκος παράγει επίσης τεράστιους πίδακες αερίου ικανός να μεταφέρει τα συντρίμμια μακριά στο διάστημα με ταχύτητες εκατοντάδων μιλίων ανά δευτερόλεπτο.

Χρησιμοποιώντας τις εικόνες του Hubble ως οδηγό, ο Shu πρότεινε ότι οι chondrules στο ηλιακό σύστημα δημιουργήθηκαν κοντά στον καυτό κεντρικό δίσκο του πρόσφατα αναδυομένου ήλιου -- κι όχι στην σχετικά ψυχρή αστεροειδή ζώνη εκατοντάδες εκατομμυρίων μιλίων μακριά.

Σύμφωνα με τον Shu, τα σωματίδια της σκόνης από τον ήλιο, τότε προωθήθηκαν στο διάστημα από τους ισχυρούς πίδακες αερίου και του ηλιακού ανέμου. Κατά τη διάρκεια της κίνησης, τα λειωμένα σωματίδια σταθεροποιήθηκαν στις σφαιρικές χονδρούλες, μερικά από τα οποία έφτασαν στην αστεροειδή ζώνη μερικές ημέρες αργότερα. Άλλα κατέληξαν ως πρώτες ύλες που σχημάτισαν τη Γη, τον Άρη και τους υπόλοιπους πλανήτες στο ηλιακό σύστημά μας.

Ο Meibom θεωρεί ότι η μελέτη των χονδριτών στις 2 Μαρτίου στο περιοδικό Science προσφέρει τεράστια ώθηση στην άποψη του Shu για τη δημιουργία των χονδρούλων.

"Τα συμπεράσματά μας καταδεικνύουν ότι οι ιδέες του Frank Shu δεν είναι μόνο σκέψη", σημειώνουν. "Έχουμε τώρα πραγματικούς βράχους, που μας παρέχουν αποδείξεις οι οποίες ταιριάζουν αρκετά στο γενικό πλαίσιο της θεωρίας Shu".

Σπάνιοι μετεωρίτες

Ο Meibom και οι συνάδελφοί του βάσισαν τη μελέτη τους σε δύο σπάνια δείγματα μετεωριτών --- το HH 237, ένα χονδρίτη σε μέγεθος γκρέιπφρουτ,  που ανακτήθηκε από τη περιοχή Hammadah Al Hamra της βόρειας Αφρικής και τον QUE 94411, ένα δείγμα μεγέθους καρυδιού που συνέλεξαν από την οροσειρά της Βασίλισσας Αλεξάνδρας στην Ανταρκτική.

"Οι περισσότεροι χονδρίτες είναι 7%-10% μόνο σε μέταλλο, αλλά αυτά τα δύο δείγματα είναι περίπου 70% σίδηρος και νικέλιο", λέει ο Meibom.

Η μικροσκοπική ανάλυση τους αποκάλυψε ότι αυτές οι ενώσεις του σιδήρου-νικελίου, που σχηματίζονται από τη συμπύκνωση από το καυτό αέριο όταν η θερμοκρασία ήταν περίπου 1400 βαθμοί Κελσίου.

"Επειδή οι μετεωρίτες HH 237 και QUE 94411 περιέχουν πρωτόγονα και άφθαρτα δείγματα συμπυκνωμένου σιδήρου και νικελίου, ήμαστε σε θέση να καθορίσουμε ότι αυτοί οι κόκκοι μετάλλων διαμορφώθηκαν σε ένα χρονικό διάστημα μερικών μόνο ημερών. Επιπλέον, οι πρόσφατα δημιουργημένοι κόκκοι μετάλλων πρέπει να έχουν μεταφερθεί από την καυτή περιοχή του σχηματισμού τους πολύ γρήγορα.

"Το μοντέλο του Shu παρέχει τις θερμοκρασίες και τα κατάλληλα χρονικά διαστήματα, και οι πίδακες παρέχουν, βεβαίως, έναν τρόπο να πεταχτούν οι κόκκοι σε πολύ πιο ψυχρές περιοχές του ηλιακού νεφελώματος", προσθέτει ο Meibom.

"Το σενάριο που προτείνουμε είναι ότι μεγάλες σταγόνες καυτού αερίου ανυψώθηκαν μέσω του δίσκου -- σχεδόν όπως οι φυσαλίδες στο νερό που βράζει. Καθώς οι φυσαλίδες του αερίου ανυψώθηκαν και ψύχθηκαν, οι κόκκοι των πυριτικών αλάτων και μετάλλων άρχισαν να συμπυκνώνουν μακριά από το αέριο. Όταν αυτοί οι κόκκοι έφτασαν αρκετά κοντά στην επιφάνεια του δίσκου, παγιδεύτηκαν σε ισχυρά ρεύματα πιδάκων. Μερικές μέρες αργότερα, τα σωματίδια έφθασαν στην αστεροειδή ζώνη, όπου οι σχετικά ψυχρές θερμοκρασίες τα συντήρησαν από την καταστροφή."

Αυτοί οι χονδρίτες μας επιτρέπουν να εξετάσουμε τα ίδια τα σύνορα του ηλιακού συστήματος, ολοκληρώνει ο Meibom.

"Για πρώτη φορά, χτίζουμε πραγματικά μια γέφυρα μεταξύ αυτών που παρατηρούμε στους μετεωρίτες και αυτών που λένε οι αστροφυσικών όπως ο Shu".

Ο Frank Shu βεβαίως συμφωνεί.

"Σε αυτούς τους δύο πολύ ειδικούς μετεωρίτες έχουμε τελικά τις άμεσες αποδείξεις ότι ορισμένα τμήματα του βράχου έπρεπε να κινηθούν από κάποια θέση πολύ καυτή σε κάποια θέση πολύ ψυχρή πάρα πολύ γρήγορα", σχολιάζει ο Shu. "Αυτό είναι μια πολύ σπουδαία έρευνα".