Πώς σχηματίζονται οι πλανήτες, συμπεριλαμβανομένης της Γης, από αστρική σκόνη και αέριο;
Τα νεογέννητα αστέρια συνήθως περνούν από ένα νεανικό στάδιο στο οποίο η έντονη ακτινοβολία που εκπέμπουν παρασύρει το αέριο περιβάλλον από το οποίο σχηματίστηκαν λόγω της βαρυτικής κατάρρευσης ενός νεφελώματος. Καθώς το νεφελώδες αέριο εξαφανίζεται, η θερμοκρασία γύρω από το αστέρι πέφτει αρκετά ώστε να επιτρέψει τη συμπύκνωση μικρών ορυκτών και, σε μεγαλύτερες αποστάσεις, πάγου και οργανικής ύλης. Αυτά τα υλικά συγκρούονται και σχηματίζουν συσσωματώματα που συσσωρεύονται γύρω από νεαρά αστέρια, σχηματίζοντας τα λεγόμενα πρωτοπλανητικοί δίσκοι.
Αυτές οι τεράστιες δομές, που αρχικά αποτελούνταν από μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης και αερίου που περιβάλλουν νεαρά αστέρια, καταλήγουν να σχηματίζουν σώματα μήκους χιλιομέτρων, όπως αστεροειδείς και κομήτες. Από τις συγκρούσεις μεταξύ αυτών των πρώτων στερεών σωμάτων, σε πολύ μεγαλύτερες χρονικές κλίμακες, θα προκύψουν στη συνέχεια βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη.
Αυτό που μας ενδιαφέρει σήμερα είναι να εξερευνήσουμε, με το επαναστατικό διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, πώς κινείται το νερό σε αυτά τα αρχέγονα πλανητικά συστήματα.
Παγωμένο νερό από τα άκρα
Γενικά υπάρχουν δύο τύποι πρωτοπλανητικών δίσκων, οι λεγόμενοι συμπαγείς και οι εκτεταμένοι. Το διαστημικό τηλεσκόπιο JWST μόλις αποκάλυψε τις διαδικασίες μεταφοράς νερού και πτητικών εντός πρωτοπλανητικών δίσκων.
Συγκεκριμένα, το τώρα δημοσιευμένο έγγραφο παρουσιάζει τα φάσματα JWST-MIRI τεσσάρων επιλεγμένων πρωτοπλανητικών δίσκων, δύο από κάθε τύπο, για να ελεγχθεί εάν οι υδρατμοί εντός της γραμμής πάγου ρυθμίζονται από τη μετατόπιση στερεών υλικών που σχηματίζονται μέσα στο .
Σε αυτά τα άλμπουμ είναι πολύ δυναμικοί. Τα μικρά στερεά πετρώματα είναι στην πραγματικότητα αμαλγάματα ορυκτών μικρού μεγέθους, πάγου και οργανικής ύλης που συγκρούονται μεταξύ τους. Σχηματίζουν πορώδη αδρανή που μπορούν εύκολα να ενσωματώσουν πάγο.
Σε ψυχρές περιοχές έξω από το δίσκο, το νερό τείνει να συμπυκνώνεται και να σχηματίζει φύλλα πάγου σε αυτά τα μικροσκοπικά πετρώματα. Η παρουσία αυτών των παγωμένων κουβερτών σημαίνει ότι τα σωματίδια μπορούν να εξαπλωθούν καλύτερα σε ένα μέσο με υψηλή περιεκτικότητα σε υδρατμούς, όπως συμβαίνει μέσα στους συμπαγείς δίσκους, σε αντίθεση με εκείνους τους δίσκους στους οποίους αυτός ο ατμός είναι σπάνιος.
Το νερό στη Γη από μικρή ηλικία
Αυτό είναι κρίσιμο γιατί η Γη σχηματίστηκε κοντά στον Ήλιο σε ένα ζεστό περιβάλλον και, ως εκ τούτου, με σχετική έλλειψη νερού. Ωστόσο, αυτός ο μηχανισμός πρέπει να λειτούργησε αρκετά για να ενυδατώσει την περιοχή σχηματισμού του πλανήτη μας και να εξασφαλίσει ότι η Γη είχε νερό από μικρή ηλικία.
Ο λόγος για αυτές τις διαφορές στους πρωτοπλανητικούς δίσκους εξηγείται κομψά και απλά: τα ιδιότροπα μονοπάτια του νερού στα υλικά που σχηματίζουν αυτούς τους δίσκους.
Οι νεροδέκτες αποκρυπτογραφούν τα μυστικά τους
Η τεράστια διακριτική ισχύς του φασματόμετρου μεσαίου υπέρυθρου (MIRI) επιτρέπει τη λήψη πολύ λεπτομερών φασμάτων νερού. Αυτό αποκάλυψε υπερβολική εκπομπή στις φασματικές γραμμές των υλικών που αποτελούν τους συμπαγείς δίσκους σε σύγκριση με τους εκτεταμένους δίσκους. Αυτή η υπερβολική εκπομπή δείχνει ότι υπάρχει ένα ψυχρό συστατικό που εκτείνεται σε απόσταση από αυτά τα αστέρια, μία έως δέκα φορές μεγαλύτερη από αυτή που χωρίζει τη Γη από τον Ήλιο στο πλανητικό μας σύστημα.
Η απελευθέρωση κρύου νερού οφείλεται στην εξάχνωση του πάγου και στη διάχυση αυτού του ατμού στον δίσκο. Αυτό σημαίνει ότι αυτά τα βραχώδη, καλυμμένα με πάγο συσσωματώματα κινούνται πιο αποτελεσματικά προς περιοχές κοντά στο αστέρι, εάν υπάρχουν αρκετοί υδρατμοί, όπως συμβαίνει στους συμπαγείς δίσκους.
Οι μικροσκοπικοί βράχοι διαδραματίζουν θεμελιώδη ρόλο: είναι υπεύθυνοι για τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων νερού και άλλων πτητικών ουσιών στις εσωτερικές περιοχές του δίσκου όπου σχηματίζονται τα έμβρυα των βραχωδών πλανητών.
Καθώς αυτά τα υλικά διασπώνται προς το αστέρι, τείνουν να συσσωρεύονται και να δημιουργούν τους δακτυλίους και τα κενά που είναι τυπικά για εκτεταμένους πρωτοπλανητικούς δίσκους. Ο πρώιμος σχηματισμός αέριων γιγάντων πλανητών, όπως ο ίδιος ο Δίας, μπορεί να παίξει βασικό ρόλο στο να λειτουργήσει ως εμπόδιο για τη διέλευση αυτών των υλικών προς περισσότερες εσωτερικές περιοχές.
Ποιος θα πίστευε ότι, χάρη σε εκείνα τα ιδιότροπα και περίπλοκα μονοπάτια που ακολουθούνται από το νερό στην άκρη των μικροσκοπικών βράχων, σήμερα η Γη θα κατείχε το υγρό στοιχείο, ικανό να το μετατρέψει σε έναν ωκεάνιο κόσμο και μια όαση ζωής.