Это изображение Цереры примерно соответствует тому, как цвета карликовой планеты кажутся глазу. Авторы и права: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Новая исследовательская статья дает ответ: Церера не сформировалась в поясе астероидов. Он сформировался дальше в Солнечной системе, а затем мигрировал в свое нынешнее положение. Это не первое исследование, в котором делается такой вывод, но оно добавляет веса этой идее.

Статья называется «Динамическое происхождение карликовой планеты Церера» и опубликована в журнале Icarus. Ведущий автор — Рафаэль Рибейро де Соуза, профессор физики в Государственном университете Сан-Паулу в Бразилии. Другие соавторы из того же университета, Франции и США.

(Примечание: Цереру называют карликовой планетой, протопланетой, а иногда и астероидом. Нет смысла зацикливаться на этом. В 2006 году она была официально классифицирована как карликовая планета.)

Церера — одна из трех карликовых планет или протопланет в поясе астероидов. Два других — Веста и Паллада. Четвертое большое тело, Гигея, имеет диаметр 434 км и также может быть карликовой планетой. Эти четыре крупнейших тела составляют половину массы пояса астероидов.

Большая часть того, что мы знаем о Церере, получена из миссии НАСА «Рассвет». «Рассвет» был первым космическим кораблем, посетившим два внеземных тела, и первым, вышедшим на орбиту карликовой планеты. Рассвет побывал и на Весте, и на Церере до того, как в октябре 2018 года у космического корабля закончилось топливо. Теперь он заброшен на стабильной орбите вокруг Цереры.

Терминология и описания крупнейших объектов в поясе астероидов могут сбивать с толку, но Церера стоит особняком от трех других. Церера — единственное тело в поясе, достаточно массивное, чтобы поддерживать форму сфероида. Церера также имеет переходную атмосферу, называемую экзосферой. Солнечный свет превращает водяной лед и аммиачный лед в пар, но гравитация карликовой планеты слишком слаба, чтобы удерживать его. Это важная подсказка к происхождению Цереры, потому что астероиды обычно не испускают пар.

Это четыре крупнейших объекта в поясе астероидов. Церера — единственная достаточно массивная, чтобы собственная гравитация сжала ее до сфероидальной формы. Кредит: ЕСО/М. Алгоритм Kornmesser/Vernazza et al./MISTRAL (ONERA/CNRS)

Присутствие аммиака также является подсказкой.

Кометы содержат летучие льды, подобные аммиаку, которые возвышаются, когда их нагревает солнце. Вот что создает хвост кометы и кому. Но кометы прибывают из холодных внешних регионов Солнечной системы, где они должны были аккрецировать летучие льды. Поскольку Церера заморозила летучие вещества, как комета, это предполагает, что она также возникла в более холодных регионах Солнечной системы.

«Присутствие аммиачного льда является убедительным доказательством того, что Церера могла образоваться в самом холодном регионе Солнечной системы за линией замерзания, при температурах, достаточно низких, чтобы вызвать конденсацию и плавление воды и таких летучих веществ, как окись углерода [CO], двуокись углерода [CO ₂ ] и аммиак [NH3]», — сказал Рибейро де Соуза в пресс-релизе.

Граница между более холодной внешней солнечной системой и более теплой внутренней солнечной системой называется линией льда. Существуют определенные линии замерзания для разных летучих веществ, которые замерзают при разных температурах, но астрофизики для простоты говорят об одной линии замерзания. Линия инея сейчас близка к орбите Юпитера, но не всегда была там. Он перемещался по мере эволюции Солнечной системы. В первые дни солнечная туманность была непрозрачной, и солнечное тепло не достигало так далеко. Солнце тогда также было менее энергичным, поэтому линия мороза была ближе к солнцу.

Такие соединения, как аммиак, конденсируются за границей замерзания Солнечной системы. Поскольку Церера содержит аммиак, он, вероятно, образовался за линией замерзания. Предоставлено: НАСА/JPL-Caltech, InvaderXan с supernovacondensate.net.

Рост планет-гигантов повлиял и на положение линии мороза. «Интенсивное гравитационное возмущение, вызванное ростом этих планет, могло изменить плотность, давление и температуру протопланетного диска, сместив линию Фроста. Это возмущение в протопланетном газовом диске могло привести к тому, что расширяющиеся планеты мигрировали на орбиты ближе к Солнцу, поскольку они приобрели газ и твердые тела», — сказал соавтор Эрнесто Виейра Нето.

«В нашей статье мы предлагаем сценарий, объясняющий, почему Церера так отличается от соседних астероидов. В этом сценарии Церера начала формироваться на орбите далеко за пределами Сатурна, где было много аммиака пояс астероидов как мигрант из внешней Солнечной системы и просуществовал 4,5 миллиарда лет до настоящего времени», — сказал Рибейро де Соуза.

Команда провела большое количество компьютерных симуляций, чтобы проверить идею. Они смоделировали формирование планет-гигантов внутри протопланетного диска Солнца, включая Юпитер и Сатурн. Они также включали некоторые эмбриональные планеты, которые служили предшественниками Урана и Нептуна. Затем к ним добавили группу объектов, по составу и размерам похожих на Цереру. Их включение основано на предположении, что Церера является одним из первых планетезималей Солнечной системы, объектов на пути к тому, чтобы стать полноценными планетами.

«Наше моделирование показало, что стадия формирования гигантских планет была очень турбулентной, с огромными столкновениями между предшественниками Урана и Нептуна, выбросом планет из Солнечной системы и даже вторжением во внутреннюю область планет с массами, более чем в три раза превышающими массу Земли. Кроме того, сильное гравитационное возмущение разбросало повсюду объекты, похожие на Цереру. Некоторые вполне могли достичь области пояса астероидов и приобрести стабильные орбиты, способные пережить другие события», — сказал Рибейро де Соуза.

На этом рисунке из исследования показаны четыре шага, необходимые для внедрения такого объекта, как Церера, в пояс астероидов. Предоставлено: де Соуза и др.

Исследователи говорят, что объект, подобный Церере, имплантируется в пояс астероидов в четыре этапа. Первая — фаза быстрого радиального перемешивания в положении планетезималей во внешнем планетезимальном диске. Во-вторых, кандидат на Цереру попадает в резонанс среднего движения с планетами-гигантами. Третий этап — хаотическая фаза, когда объект, подобный Церере, может столкнуться с другими «захватчиками», которые могут увеличить или уменьшить его эксцентриситет и разбросать объект по более стабильным областям во внутреннем поясе астероидов. Хаотическая фаза также включает газовое сопротивление и газодинамическое трение, которые могут изменить эксцентриситет и наклон кандидата на Церере и имплантировать его в его текущее положение. На четвертой фазе газ удаляется из протопланетного диска, захватчики удаляются.

Моделирование команды также показало, что Церера — лишь один из многих подобных объектов, существовавших в ранние дни Солнечной системы. «Наш главный вывод заключался в том, что в прошлом за пределами орбиты Сатурна находилось не менее 3600 объектов, подобных Церере. С таким количеством объектов наша модель показала, что один из них мог быть перенесен и захвачен в поясе астероидов, на орбите очень похоже на нынешнюю орбиту Цереры», — сказал Рибейру де Соуза.

Это не первые исследователи, набравшие число вроде 3600 объектов, подобных Церере. Другие изучали кратеры и ряд объектов за пределами Сатурна и в поясе Койпера, чтобы получить свои результаты. Это исследование подтверждает предыдущие результаты и поддерживает наше понимание того, как формировалась и развивалась Солнечная система. «Наш сценарий позволил нам подтвердить число и объяснить орбитальные и химические свойства Цереры. Исследование подтверждает точность самых последних моделей формирования Солнечной системы», — сказал он.

Ссылки по теме:

• Источник: Phys.org