Σάββατο, 11 Φεβρουαρίου 2017

Το Ηλιακό νεφέλωμα.

Οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι το Ηλιακό νεφέλωμα Διήρκεσε 3 έως 4 εκατομμύρια χρόνια.

Astronomers Estimate Solar Nebula’s Lifetime
Μελετώντας τα μαγνητικά απομεινάρια πανάρχαιων μετεωριτών, οι αστρονόμοι έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι το Ηλιακό νεφέλωμα - ο μεγάλος δίσκος συσσώρευσης αερίων και σκόνης που γέννησαν το Ηλιακό σύστημα - διήρκεσε περίπου 3 έως 4 εκατομμύρια χρόνια.

Περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ένα τεράστιο νέφος αερίου Υδρογόνου και σκόνης κατέρρευσε κάτω από το ίδιο του το βάρος, δημιουργώντας τελικά έναν δίσκο που ονομάζεται  Ηλιακό νεφέλωμα. Το μεγαλύτερο μέρος από αυτό το διαστρικό υλικό συρρικνώθηκε στο κέντρο του δίσκου για να σχηματιστεί έτσι ο Ήλιος. Μέρος του υπόλοιπου αερίου και της σκόνης του νεφελώματος συμπυκνώθηκε σχηματίζοντας τους πλανήτες και το υπόλοιπο  Ηλιακό μας σύστημα.

Πρόσφατα, επιστήμονες από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης (ΜΙΤ) και οι συνάδελφοί τους, υπολόγισαν τη διάρκεια ζωής του Ηλιακού νεφελώματος - ένα βασικό στάδιο κατά το οποίο ένα μεγάλο μέρος της εξέλιξης του Ηλιακού συστήματος πήρε σάρκα και οστά.

Αυτή η νέα εκτίμηση δείχνει ότι οι αέριοι γίγαντες Δίας και Κρόνος θα πρέπει να έχουν σχηματιστεί μέσα στα πρώτα 4 εκατομμύρια χρόνια από το σχηματισμό του Ηλιακού συστήματος. Επιπλέον, εκείνη την περίοδο, θα πρέπει να είχαν ολοκληρώσει την ωθούμενη από την πίεση των αερίων μετανάστευση των τροχιακών τους θέσεων.

"Τόσα πολλά συνέβησαν στην απαρχή της ιστορίας του Ηλιακού συστήματος", λέει ο Benjamin Weiss, καθηγητής των επιστημών για τη Γη, την ατμόσφαιρα, και τους πλανήτες στο MIT. "Φυσικά οι πλανήτες εξελίσσονται μετά από αυτό, αλλά η μεγάλης κλίμακας δομή του Ηλιακού συστήματος εδραιώθηκε ουσιαστικά στα πρώτα 4 εκατομμύρια χρόνια."

Ο Weiss και ο μεταδιδακτορικός φοιτητής Huapei Wang του MIT, ο πρώτος συντάκτης της μελέτης, αναφέρουν τα αποτελέσματά τους στο περιοδικό Science. Οι συν-συγγραφείς τους είναι η Brynna Downey, ο Clement Suavet, και ο Roger Fu από το MIT, ο Xue-Ning Bai από το Κέντρο Αστροφυσικής του Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), ο Jun Wang και ο Jiajun Wang του Εθνικού Εργαστηρίου του Μπρούκχεϊβεν (Brookhaven National Laboratory), και η Maria Zucolotto του Εθνικού Μουσείου στο Ρίο ντε Τζανέιρο (National Museum in Rio de Janeiro).


Εκπληκτικοί  καταγραφείς.

Μελετώντας τους μαγνητικούς προσανατολισμούς σε πρωτόγονα δείγματα αρχαίων μετεωριτών που σχηματίστηκαν 4,653 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, η ομάδα διαπίστωσε ότι το Ηλιακό νεφέλωμα διήρκεσε περίπου 3 έως 4 εκατομμύρια χρόνια. Αυτή είναι μια πιο ακριβής εικόνα από τις προηγούμενες εκτιμήσεις, οι οποίες τοποθετούν την ηλικία του Ηλιακού νεφελώματος κάπου μεταξύ ενός και δέκα εκατομμύριων ετών.

Η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα μετά από προσεκτική εξέταση ‘’Ανγκριτών’’ (angrites), τα οποία είναι μερικά από τα παλαιότερα και πιο πρωτόγονα πλανητικά πετρωμάτα. Οι Ανγκρίτες είναι πυριγενή πετρώματα, πολλά από τα οποία πιστεύεται ότι έχουν προέλθει από ηφαιστειακή δραστηριότητα που έπεσαν πάνω στην επιφάνεια αστεροειδών κατά την πρώιμη ιστορία του Ηλιακού μας συστήματος και, στη συνέχεια, ψύχτηκαν πολύ γρήγορα, ‘’παγώνοντας’’ , εγκλωβίζοντας αν θέλετε, τις αρχικές τους ιδιότητες - συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσής τους και της παλαιομαγνητικής τους υφής – επί τόπου.

Οι επιστήμονες είδαν τους Ανγκρίτες σαν εξαιρετικούς καταγραφείς του πρώιμου Ηλιακού συστήματος, ιδιαίτερα γιατί τα πετρώματα αυτά περιέχουν επίσης μεγάλες ποσότητες Ουρανίου, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον ακριβή καθορισμό της ηλικίας τους.

"Οι Ανγκρίτες είναι πραγματικά εντυπωσιακοί," λέει ο Weiss. ¨Πολλοί από αυτούς μοιάζουν με πετρώματα που στο παρελθόν, θα μπορούσαν να προέλθουν από Ηφαίστεια, στη Χαβάη, που όμως ψύχτηκαν σε μια πολύ πρώιμη εποχή της Γήινης διαμόρφωσης (planetesimal)."

Ο Weiss και οι συνεργάτες του ανέλυσαν τέσσερις Ανγκρίτες που έπεσαν στη Γη σε διαφορετικούς τόπους και χρόνους.

"Ένας έπεσε στην Αργεντινή, και ανακαλύφθηκε όταν ένας αγρότης όργωνε το χωράφι του," λέει ο Weiss. "Έμοιαζε με ένα ινδικό τεχνούργημα ή με μία γαβάθα, και ο γαιοκτήμονας του αγρού αυτού το κράτησε στη κατοχή του, στο σπίτι του, για περίπου 20 χρόνια, μέχρι που τελικά αποφάσισε να το στείλει για αναλύσει, όπου προέκυψε ότι πρόκειται για ένα πραγματικά σπάνιο μετεωρίτη."

Οι άλλοι τρεις μετεωρίτες ανακαλύφθηκαν στη Βραζιλία, την Ανταρκτική και την έρημο της Σαχάρας. Και οι τέσσερις μετεωρίτες ήταν εξαιρετικοί, καλά διατηρημένοι, και δεν είχαν υποστεί καμία πρόσθετη θέρμανση ή σημαντικές αλλαγές όσον αφορά τη σύνθεση τους, από την στιγμή που πρωτοσχηματίστηκαν.

Μετρώντας μικροσκοπικές …πυξίδες.

Η ομάδα πήρε δείγματα και από τούς τέσσερις μετεωρίτες. Μετρώντας την αναλογία του Ουρανίου που κυριαρχούσε σε κάθε δείγμα, προηγούμενες μελέτες είχαν διαπιστώσει ότι οι τρεις παλαιότεροι μετεωρίτες σχηματίστηκαν πριν από περίπου 4,653 εκατομμύρια χρόνια. Οι ερευνητές στη συνέχεια μέτρησαν τα απομεινάρια της μαγνήτισης (magnetization) των πετρωμάτων, χρησιμοποιώντας ένα μαγνητόμετρο ακριβείας στο Εργαστήριο Παλαιομαγνητισμού του MIT - (MIT Paleomagnetism Laboratory).

"Τα Ηλεκτρόνια είναι μικροί μαγνήτες, όπως ο δείκτης μιας πυξίδας, και εάν ευθυγραμμιστούν ένα σωρό από αυτά τα ηλεκτρόνια μέσα σε ένα βράχο, ο βράχος αυτός γίνεται μαγνητισμένος," εξηγεί ο Weiss,. ¨Από τη στιγμή που ευθυγραμμίζονται, το οποίο μπορεί να συμβεί όταν ένας βράχος ψύχεται με την παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου, τότε θα παραμείνουν σε αυτή τη κατάσταση (Μαγνητισμένα δηλαδή).  Αυτό είναι αυτό που χρησιμοποιούμε ως αρχεία των αρχαίων μαγνητικών πεδίων. "

Όταν οι ερευνητές τοποθέτησαν του Ανγκρίτες σε μαγνητόμετρο, παρατήρησαν πολύ λίγα απομεινάρια μαγνήτισης, υποδεικνύοντας ότι υπήρχε παρουσία πολύ μικρού μαγνητικού πεδίου, όταν σχηματίστηκαν.

Η ομάδα προχώρησε ένα βήμα παραπέρα και προσπάθησε να ανακατασκευάσει το μαγνητικό πεδίο που θα προκαλούσε την ευθυγράμμιση ή όχι των Ηλεκτρονίων μέσα στους των βράχους. Για να γίνει αυτό, θέρμαναν τα δείγματα σε υψηλή θερμοκρασία, και στη συνέχεια, τα έψυξαν και πάλι σε ένα εργαστήριο ελεγχόμενου μαγνητικού πεδίου.

¨Μπορούμε να κρατήσουμε μειωμένο το πεδίο του εργαστηρίου και μπορούμε να αναπαράγουμε ό, τι είναι μέσα στο δείγμα," λέει ο Weiss. ¨Ανακαλύψαμε ότι μόνο πολύ ασθενή εργαστηριακά πεδία ¨επιτρέπεται¨ να εισέλθουν στα δείγματα, με δεδομένο το πόσο λίγο απομεινάρι μαγνήτισης βρίσκεται σε αυτούς τους τρεις Ανγκρίτες.¨

Συγκεκριμένα, η ομάδα διαπίστωσε ότι τα απομεινάρια μαγνήτισης των Ανγκριτών , θα μπορούσαν να έχουν παραχθεί από ένα εξαιρετικά ασθενές μαγνητικό πεδίο που δεν υπερβαίνει το 0,6 μικροτέσλα (microteslas), 4,653 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ή, περίπου 4 εκατομμύρια χρόνια μετά την δημιουργία του Ηλιακού συστήματος.

Το 2014, η ομάδα του Weiss ανάλυσε και άλλους αρχαίους μετεωρίτες που σχηματίστηκαν μέσα στα πρώτα 2 έως 3 εκατομμύρια χρόνια του Ηλιακού συστήματος, καθώς και βρήκαν στοιχεία ενός μαγνητικού πεδίου που ήταν περίπου 10-100 φορές πιο ισχυρό - περίπου 5-50 μικροτέσλα.

"Έχει προβλεφθεί ότι μόλις το μαγνητικό πεδίο μειώνεται από έναν συντελεστή 10-100 στο εσωτερικό του Ηλιακού συστήματος, το οποίο παρατηρούμε τώρα, το Ηλιακό νεφέλωμα εξαφανίζεται πολύ γρήγορα, μέσα σε 100.000 χρόνια¨, λέει ο Weiss. "Έτσι, ακόμη και αν το Ηλιακό νεφέλωμα δεν είχε εξαφανιστεί πριν από 4.000.000 χρόνια, ήταν ουσιαστικά προς την …έξοδό του."


Οι πλανήτες ευθυγραμμίζονται

Η νέα εκτίμηση των ερευνητών είναι πολύ πιο ακριβής από τις προηγούμενες εκτιμήσεις, που βασίστηκαν σε παρατηρήσεις μακρινών άστρων.

¨Και επί πλέον, ο Παλαιομαγνητισμός (paleomagnetism) των Ανγκριτών, περιόρισε τη διάρκεια ζωής του δικού μας Ηλιακού νεφελώματος, ενώ αστρονομικές παρατηρήσεις, προφανώς, μέτρησαν άλλα μακρινά Ηλιακά συστήματα, ¨ προσθέτει ο Wang. "Το δεδομένο είναι ότι η ζωή του Ηλιακού νεφελώματος επηρεάζει κρίσιμα τις τελικές θέσεις του Δία και του Κρόνου, και επηρεάζει επίσης το μετέπειτα σχηματισμό της Γης, του σπιτιού μας, καθώς και το σχηματισμό των άλλων γήινων πλανητών."

Τώρα που οι επιστήμονες έχουν μια καλύτερη ιδέα για το πόσο καιρό επέζησε το Ηλιακό νεφέλωμα, μπορούν να περιορίσουν τις παραμέτρους για το πώς σχηματίστηκαν γίγαντες πλανήτες, όπως ο Δίας και ο Κρόνος .Οι γιγάντιοι πλανήτες αποτελούνται κυρίως από αέριο και πάγο, ενώ υπάρχουν δύο επικρατούσες υποθέσεις για το πώς όλο αυτό το υλικό συγκεντρώθηκε σχηματίζοντας έναν πλανήτη. Η μία δείχνει ότι οι γιγαντιαίοι πλανήτες σχηματίζονται από τη βαρυτική κατάρρευση πυκνού αερίου, όπως έγινε και με τον Ήλιο. Η άλλη προτείνει ότι οι Γίγαντες αυτοί δημιουργήθηκαν από μια διαδικασία που είχε δύο στάδια, και που ονομάζεται : Προσαύξηση Πυρήνα, στην οποία κομμάτια υλικού έσπασαν και ενώθηκαν για να σχηματίσουν μεγαλύτερα βραχώδη, παγωμένα σώματα. Μόλις αυτά τα σώματα έγιναν αρκετά ογκώδη, θα μπορούσαν να έχουν δημιουργήσει μια βαρυτική δύναμη που προσέλκυσε τεράστια ποσά αερίου, και που τελικά σχημάτισαν ένα γιγάντιο πλανήτη.

Σύμφωνα με προηγούμενες προβλέψεις, γιγάντιοι πλανήτες που σχηματίστηκαν μέσω της βαρυτικής κατάρρευσης αερίου θα πρέπει να συμπληρώσουν τον σχηματισμό τους μέσα σε 100 χιλιάδες χρόνια. Η διαδικασία της προσαύξησης πυρήνα, σε αντίθεση, πιστεύεται τυπικά ότι διαρκεί πολύ περισσότερο, και φτάνει να έχει μεγέθη της τάξεως του ενός έως αρκετών εκατομμύριων ετών. Ο Weiss λέει ότι εάν το Ηλιακό νεφέλωμα υπήρχε περίπου τα πρώτα 4 εκατομμύρια χρόνια από το σχηματισμό του Ηλιακού συστήματος, αυτό θα έδινε στήριξη στο σενάριο :προσαύξηση πυρήνα, το οποίο γενικά ευνοείται μεταξύ των επιστημόνων.

"Οι γίγαντες αερίου πρέπει να έχουν σχηματιστεί 4 εκατομμύρια χρόνια μετά το σχηματισμό του Ηλιακού συστήματος", λέει ο Weiss. "Οι πλανήτες κινούνταν σε όλη αυτό το χώρο, μέσα και έξω, σε μεγάλες αποστάσεις, και όλη αυτή η κίνηση πιστεύεται ότι καθοδηγούνταν από δυνάμεις βαρύτητας προερχόμενες από το αέριο. Εμείς λέμε ότι όλα αυτά συνέβησαν στα πρώτα 4 εκατομμύρια χρόνια. "

Η έρευνα αυτή χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από τη NAΣA και μια γενναιόδωρη δωρεά από τον Thomas J. Peterson, Jr.

Δημοσίευση : Huapei Wang, et al., “Lifetime of the solar nebula constrained by meteorite paleomagnetism,” Science 10 Feb 2017: Vol. 355, Issue 6325, pp. 623-627; DOI: 10.1126/science.aaf5043



Πηγές: Jennifer Chu, ειδήσεις του MIT
             scitechdaily.com/astronomers
            el.wikipedia.org
            en.wikipedia.org
           

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις, απορίες, ή συμπληρώματα γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com