В новом выпуске программы Event Horizon ведущий Джон Майкл Годье обсуждает с профессором Стивеном Дешем (Университет штата Аризона) фундаментальные вопросы истории нашей системы. Стивен Деш — специалист по планетологии и астрофизике, чья работа охватывает путь от изучения примитивных метеоритов до моделирования экзопланет и поиска внеземной жизни.
🌌 Время, застывшее в камне: как датируют Солнечную систему 1:11
Стивен Деш объясняет, что метеориты являются «капсулами времени», хранящими информацию о самых ранних этапах формирования Солнца и планет . Основным инструментом для определения возраста системы служит уран-свинцовый метод датирования.
Механизм работы изотопных часов:
- В метеоритах присутствуют два распространенных изотопа урана — 235 и 238.
- Каждый из них распадается в определенный изотоп свинца с разной скоростью .
- Ученые измеряют соотношение изотопов свинца и текущее содержание урана в микровключениях внутри метеорита.
- Ключевым понятием является «изотопное закрытие» — момент, когда минерал остывает ниже критической температуры и движение атомов внутри кристаллической решетки прекращается, запуская «часы» .
Согласно общепринятым данным, возраст Солнечной системы составляет около 4,5 миллиардов лет. Однако, по словам Стивена Деша, последние исследования позволяют уточнить эту цифру до 4568,4 млн лет .
☄️ Загадка хондр и «космической сварки» 4:18
Наиболее примитивные каменные метеориты — хондриты — состоят из хондр. Это маленькие (менее 1 мм) сферические частицы породы, которые когда-то были расплавлены в открытом космосе . Вместе с ними встречаются CAI (кальций-алюминиевые включения), которые считаются самыми первыми твердыми частицами в системе .
Главная загадка, по мнению Деша, заключается в источнике энергии для их плавления. Хондры плавились на короткие промежутки времени (всего на несколько часов), но этот процесс затронул огромную массу вещества в протопланетном диске .
Стивен Деш продвигает теорию «ударных волн» (bow shocks):
- Молодой Юпитер или другие зародыши планет весом с Марс из-за гравитационных возмущений выталкивались на эксцентрические орбиты.
- Двигаясь сквозь газ туманности на сверхзвуковых скоростях, они создавали перед собой ударную волну .
- Пыль, проходившая сквозь этот фронт, мгновенно плавилась и застывала в форме сфер (хондр).
Деш надеется, что будущие данные с телескопа ALMA позволят увидеть подобные ударные волны или спиральные рукава в дисках вокруг других звезд, что подтвердит универсальность этого механизма .
🪐 Юпитер: защитник или химический барьер? 9:45
Роль Юпитера в развитии жизни на Земле часто трактуется как роль «щита» от комет, но Стивен Деш указывает на более сложный механизм. Исследования последнего десятилетия показывают, что Юпитер сформировался очень рано и стал физическим барьером для притока вещества из внешних областей системы .
По мнению гостя, Юпитер блокировал поступление богатого летучими элементами (углеродом, азотом) материала во внутреннюю часть системы, где формировалась Земля. Если бы Юпитера не было, Земля могла бы получить гораздо больше элементов, необходимых для жизни, но при этом подверглась бы гораздо большему числу катастрофических ударов в будущем .
🌊 Парадокс избытка воды на экзопланетах 11:42
Группа Деша в ASU пришла к парадоксальному выводу: если на каменистой экзопланете (типа Земли) легко обнаружить воду, то её там, скорее всего, слишком много для возникновения жизни .
Аргументация Деша:
- Воду на поверхности можно зафиксировать телескопами только тогда, когда её достаточно много, чтобы изменить среднюю плотность планеты (отношение массы к радиусу).
- Это означает, что воды на такой планете может быть в 10 раз больше, чем на Земле .
- На таких «мирах-океанах» нет открытых континентов.
- Отсутствие суши означает отсутствие процесса выветривания горных пород дождем, который вымывает в океан критически важные элементы, такие как фосфор .
Без этих минералов биосфера будет крайне скудной. По словам Деша, жизнь в таких глубоких океанах может существовать, но она не сможет производить кислород в объемах, которые мы могли бы однозначно интерпретировать как биосигнатуру .
🧊 Странности Хаумеа: «футбольный мяч» из чистого льда 22:48
Хаумеа — один из самых необычных объектов пояса Койпера. Стивен Деш выделяет несколько её уникальных характеристик:
- Скорость вращения: Полный оборот за 3,9 часа — это самый быстровращающийся крупный объект в Солнечной системе .
- Форма: Из-за центробежных сил Хаумеа превратилась из сферы в трехосный эллипсоид, напоминающий по форме американский футбол .
- Состав: Поверхность на 97% состоит из чистого водяного льда .
- Спутники и кольца: У неё есть два ледяных спутника (Хииака и Намака) и кольцевая система .
Модель, разработанная Дешем, предполагает сложную эволюцию: столкновение в ранней истории системы раскрутило Хаумеа, затем радиоактивный распад внутри разогрел лед до жидкого состояния . Формирование каменистого ядра заставило планету вращаться еще быстрее (эффект фигуриста), выбрасывая ледяные фрагменты, ставшие её спутниками. Около миллиарда лет внутри Хаумеа мог существовать океан жидкой воды, что делает её потенциально интересной для астробиологии .
☄️ Оумуамуа: азотный айсберг из другой системы 38:06
Стивен Деш предлагает естественное объяснение природы межзвездного объекта 'Оумуамуа ('Oumuamua), который в 2017 году продемонстрировал необъяснимое ускорение.
По мнению ученого, этот объект — фрагмент замороженного азота, выбитый с поверхности экзо-Плутона .
- В ранние периоды формирования систем происходят триллионы столкновений. По расчетам Деша, только наша система могла выбросить 10 в 14-й степени таких ледяных фрагментов .
- Сублимация азота дает необходимый реактивный эффект (ускорение), который наблюдался у 'Оумуамуа .
- Инфракрасный телескоп Spitzer не обнаружил признаков воды, угарного или углекислого газа, но азот крайне сложно зафиксировать современными приборами .
Деш ожидает, что строящаяся обсерватория имени Веры Рубин будет находить около одного подобного объекта в год .
⏳ Почему Солнечная система старше, чем мы думали 42:16
В финале беседы Стивен Деш объясняет суть своей недавней работы по пересмотру возраста Солнечной системы. Долгое время точкой отсчета считались CAI с возрастом 4567,3 млн лет.
Однако Деш утверждает, что эти микровключения слишком малы и нестабильны, а их «изотопные часы» могли быть сброшены (reset) более поздним нагревом без полного плавления .
Новая методика Деша:
- Использование ахондритов — крупных фрагментов полностью расплавленных и застывших астероидов.
- Перекрестная проверка нескольких радиоактивных систем: уран-свинец, алюминий-26 (полураспад 700 тыс. лет), марганец-53 и гафний-182 .
- Поиск единого момента времени, в который данные всех этих систем согласуются между собой.
Результат этого анализа показывает, что Солнечная система зародилась 4568,4 млн лет назад . Это делает её примерно на 1,1 миллиона лет старше, чем считалось ранее, что существенно для понимания скорости формирования первых планетных зародышей.
