Новый взгляд на первые миллионы лет Солнечной системы предполагает, что два типа твердых материалов, предшественников всех планет, астероидов и других тел нашей системы, образовались одновременно.

Солнце родилось примерно 4.6 миллиарда лет назад. После своего рождения оно было окружено облаком газа и пыли, из которого и вышли тела нашей системы. Однако для того, чтобы это случилось, надо было начать процесс слипания частичек газопылевого облака, чтобы затем они начали расти, как снежный ком, сталкиваясь и увеличиваясь или, наоборот, разлетаясь от этого, заканчивая историю только начавшей формироваться планеты. Науке известны два типа таких первых сгустков твердо материи, и считается, что они появились с разницей в несколько миллионов лет. Противоположного мнения придерживается Джеймс Конелли, сотрудник Копенгагенского университета, опирающийся на новую методику датировки событий и материалов молодой Солнечной системы. Эта методика и выводы, сделанные на основании ее применения, могут сильно изменить наш взгляд на прошлое нашей системы.

Сжатие газа и пыли

Команда Конелли сосредоточилась на изучении двух типов твердых образований, богатых кальцием и алюминием включений и хондрул. Оба этих типа твердых образований находят в метеоритах, относящихся, в том числе, к самым первым дням Солнечной системы. Эти материалы «содержат запись процессов и событий, имевших место на ранних стадиях развития Солнечной системы», – говорит Конелли. Для времен, когда Солнце и планеты появлялись из вращающегося газопылевого диска 4.5 миллиарда лет назад, это самые лучшие свидетели, так как на крупных небесных телах сведения о далеком прошлом размыты более ранними – выветриванием, тектонической активностью, ударами астероидов и т.д. Богатые кальцием и алюминием включения образуются из расплавленного материала при температурах в 1300 Кельвинов. Хондрулы – смесь пылинок, которые быстро плавятся и остывают при меньших температурах, до 1000 Кельвинов.

Согласно современным моделям образования Солнечной системы, вращающийся диск вещества, бывший ее предвестником, имел большой запас кинетической энергии. Постепенно частицы диска теряли кинетический момент, падая при этом к его центру, где начало образовываться Солнце. Сам диск при этом становился все тоньше. При падении материи к центру, где ее плотность сильно возрастала при образовании небесного тела, возникали ударные волны. Они быстро нагревали весь протопланетный диск, но и остывал он тоже очень быстро – в течение нескольких часов. В этих процессах и образовывались хондрулы и богатые кальцием и алюминием включения. Этот сценарий образования небольших твердых частиц и крупных небесных тел должен быть универсальным для Вселенной. Именно наблюдения других планетарных систем привели к пересмотру некоторых деталей процесса. Методы датировки эволюции протопланет нашей Солнечной системы указывают на разницу во времени образования двух рассматриваемых типов твердых частиц в 2 миллиона лет. Однако астрономические наблюдения других миров указывают на меньший период их образования. Так что либо Солнечная система уникальна, либо общая модель должна быть несколько другой.

Новый метод датировки

Традиционный способ датировки полагается на измерение содержания алюминия-26, радиоактивного изотопа этого металла. Его распад идет с предсказуемой скоростью, и чем меньше его в образце материала, тем он старше. Но этого способа есть одно слабое место – он исходит из предположения о том, что данный изотоп алюминия был распределен по молодой Солнечной системе равномерно. Однако, два разных объекта, образовавшихся с сильно отстоящих друг от друга местах протопланетного диска, вполне могли иметь разное его содержание. То есть, различие может быть не только во времени, но и в пространстве. Чтобы преодолеть эти недостатки, Конелли использовал методику, которую разработал до этого при анализе циркона. Образец метеорита разрушается, в несколько подходов размываясь, чтобы снять все включения, которые могут оказаться позднейшими загрязнениями. Затем при помощи масс-спектрометра изучается изотопный состав оставшегося образца, при помощи которого определяется возраст «отмытых от грязи» хондрул и богатых кальцием и алюминием включений. При этом вместо обращения только к алюминию-26 используются изотопы свинца и урана, традиционные индикаторы возраста образцов при геологических исследованиях. Период полураспада обоих элементов подходит для анализа на рассматриваемых интервалах времени. Таким образом, изотопный анализ был распространен с одного элемента на два, что повысило уверенность в предположении равномерного распределения. Кроме того, изотопный анализ при помощи урана и свинца точнее, чем при помощи алюминия-26. Точность датировки составляет менее 1 миллиона лет. Расплачиваться за это приходится усложнением работы, так как обоих веществ в метеоритах осталось мало. Дело в том, что раз уран и свинец активно используются в геологии, их период полураспада особенно хорош на геологических масштабах времени. Если же рассматривать историю не нашей планеты, но всей системы, слишком большая часть успевает распасться.