Метеоритные дожди проливают свет на то, где формировались кометы в ранней Солнечной системе

«Метеороиды, которые мы видим в ночном небе в виде метеоров, имеют размер небольшой гальки», — говорит ведущий автор работы, астроном-метеоролог Института SETI и НАСА имени Эймса Питер Дженнискенс. «Они, по сути, того же размера, что и камешки, которые распадались на кометы во время формирования нашей Солнечной системы».

По мере формирования нашей Солнечной системы крошечные частицы в диске вокруг молодого Солнца постепенно увеличивались, пока не стали размером с небольшую гальку.

«Когда галька становится достаточно большой, чтобы больше не перемещаться вместе с газом, она разрушается в результате взаимных столкновений, прежде чем успевает вырасти намного больше», — говорит планетарный ученый НАСА имени Эймса и соавтор исследования Пол Эстрада. «Кометы и примитивные астероиды образовывались, когда облака этих камешков локально разрушались, превращаясь в тела размером в километр и больше».

Прошло 4,5 миллиарда лет: когда сегодня кометы приближаются к Солнцу, они распадаются на мелкие части, называемые метеороидами. Эти метеороиды некоторое время вращаются вместе с кометой, а затем, попадая в атмосферу Земли, могут вызвать метеоритные дожди.

«Мы предположили, что кометы разрушаются до размеров гальки, из которой они состоят», — говорит Дженнискенс. «В таком случае распределение размеров и физико-химические свойства молодых метеороидных потоков все еще содержат информацию об условиях в протопланетном диске во время этого коллапса».

Дженнискенс и его команда профессиональных астрономов и астрономов-любителей используют специальные малозаметные видеокамеры в сетях по всему миру для отслеживания метеоров в рамках финансируемого НАСА проекта под названием «CAMS» (Cameras for Allsky Meteor Surveillance).

«Эти камеры измеряют траекторию метеороидов, их высоту, когда они впервые загораются, и то, как они замедляются в атмосфере Земли», — говорит Дженнискенс. «Специализированные камеры измеряют состав некоторых метеороидов».

Команда исследовала 47 молодых метеорных потоков. Большинство из них — это крошки двух типов комет: кометы семейства Юпитера из рассеянного диска пояса Койпера за Нептуном и долгопериодические кометы из облака Оорта, окружающего нашу Солнечную систему. Долгопериодические кометы движутся по гораздо более широким орбитам, чем кометы семейства Юпитера, и гораздо слабее удерживаются солнечной гравитацией.

«Мы обнаружили, что долгопериодические кометы (облака Оорта) часто дробятся до размеров, указывающих на мягкие условия аккреции», — говорит Дженнискенс. «Их метеороиды имеют низкую плотность. Метеороидные потоки содержат довольно постоянное количество 4% твердых метеороидов, которые были нагреты в прошлом, а теперь светятся только глубже в атмосфере Земли и, как правило, бедны элементом натрием».

С другой стороны, кометы семейства Юпитера обычно распадаются на более мелкие и плотные метеороиды. Они также содержат в среднем более 8% твердых материалов и отличаются большим разнообразием в этом содержании.

«Мы пришли к выводу, что эти кометы семейства Юпитера состоят из гальки, которая достигла той точки, когда фрагментация стала играть важную роль в эволюции их размеров», — говорит Эстрада. «Ближе к Солнцу ожидается большая примесь материалов, которые были нагреты в прошлом».

Примитивные астероиды образовались еще ближе к Солнцу, но все еще за пределами орбиты Юпитера. Эти астероиды вызывают метеоритные дожди с еще более мелкими частицами, что свидетельствует о том, что их галечные строительные блоки подверглись еще более агрессивной фрагментации.

«Хотя в обеих группах есть исключения, можно предположить, что большинство долгопериодических комет формировались в более щадящих условиях роста частиц, возможно, вблизи 30 AU края транс-нептунианского диска», — говорит Эстрада. «Большинство комет семейства Юпитера сформировались ближе к Солнцу, где галька достигла или прошла барьер фрагментации, в то время как примитивные астероиды образовались в области, где формировались ядра планет-гигантов».

Как такое возможно? Пока планеты-гиганты росли, Нептун двигался наружу и разбрасывал кометы и астероиды из оставшегося протопланетного диска. Это движение наружу, вероятно, привело к образованию рассеянного диска пояса Койпера и облака Оорта. Это позволило бы предположить, что долгопериодические кометы и кометы семейства Юпитера обладают одинаковыми свойствами, но команда обнаружила обратное.

«Возможно, звезды и молекулярные облака в области рождения Солнца рано возмутили широкие орбиты комет облака Оорта, и долгопериодические кометы, которые мы видим сегодня, были рассеяны по таким орбитам только в то время, когда Солнце ушло из этого региона», — говорит Дженнискенс. «В отличие от них, кометы семейства Юпитера всегда находились на более коротких орбитах, и все они были рассеяны Нептуном на своем пути».