В начале истории Солнечной системы: вулканы на металлических астероидах могли извергать жидкое железо

Астероиды – свидетели ранних эпох существования нашей Солнечной системы, когда шло образование планет. Новое исследование планетологов посвящено вопросам формирования астероидов наиболее редкого типа – металлических. Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Круз (США) полагают, что на определенной стадии некоторые такие астероиды переживали всплеск вулканической активности, когда через разломы в затвердевшей коре происходило излияние расплавленного железа на поверхность.

Несостоявшиеся планетные ядра

Формирование планет было сложным процессом, многие детали которого еще не вполне ясны ученым. Однако все модели сходятся на том, что образовавшиеся путем слипания частиц газопылевого вещества в протопланетном диске небольшие тела – планетезимали – могли объединяться под действием гравитации. В результате ранняя Солнечная система оказалась населена множеством протопланет, но далеко не всем из них было суждено стать настоящими планетами. Значительная часть их была выброшена из Солнечной системы или разрушена при многочисленных столкновениях.

Недра достаточно массивных протопланет уже должны были обрести структуру, связанную с дифференциацией вещества по плотности. Наиболее плотные компоненты, из которых самым распространенным является железо, скапливались в центральных областях протопланет, формируя металлические ядра. Предполагается, что астероиды железо-никелевого состава – это осколки таких ядер, оставшиеся после разрушения протопланет.

Под металлической корой

Из-за частых столкновений, при которых высвобождалось большое количество энергии, подобные фрагменты могли в течение некоторого времени пребывать в расплавленном состоянии. Затем они остывали и кристаллизовались. Затвердевание в значительной части случаев (хотя и не всегда) начиналось с внешних слоев, под которыми будет сохраняться вещество в жидкой фазе.

Однако такая постепенная кристаллизация металла «вглубь» астероида должна была, как выяснилось, приводить к интересным эффектам. Об этом свидетельствуют результаты расчетов, проведенных исследователями в новой работе, представленной вниманию научного сообщества на Лунной и планетарной научной конференции, состоявшейся в марте этого года.

Каким мог быть астероидный вулканизм

В расплавленном состоянии металлы имеют более низкую плотность, нежели в кристаллическом. Поэтому расплав будет стремиться на поверхность, создавая тем самым напряжения в застывшей коре астероида. Когда они превысят критическое значение, кора начнет разламываться и через трещины будут происходить извержения жидкого железа – ферровулканизм.

Как именно мог протекать этот процесс, зависело от состава расплавленного вещества. Джейкоб Абрахамс, один из соавторов исследования, выделяет два крайних варианта явления: «Если там было в основном чистое железо, имеющее низкую вязкость, оно изливалось, образуя на поверхности тонкий слой. Это выглядело совсем не так, как вязкая силикатная лава на Земле, например, на гавайских вулканах. В случае же присутствия в расплаве большого количества газа имели место извержения взрывного типа, и они должны были оставлять после себя кратеры».

Где искать следы железных вулканов

За миллиарды лет большинство следов этих давних извержений стерлись с поверхности астероидов. Впрочем, наиболее масштабные вулканические жерла могли уцелеть. Планетологи надеются обнаружить свидетельства прошлой активности на крупнейшем металлическом астероиде Психея, автоматический зонд к которому планируется к запуску в 2022 году. Спустя 4 года он прибудет в точку назначения и исследует этот интереснейший объект Главного пояса астероидов.

Кроме того, планетологи рассчитывают отыскать доказательства ферровулканической активности путем исследования железных метеоритов, найденных на Земле. Такими доказательствами могли бы послужить следы быстрой кристаллизации, а также отверстия или пузыри, оставшиеся после выброса газов.

Таким образом, у ученых есть две различных возможности для изучения истории астероидов, богатых металлом. Она представляет большой интерес, поскольку может пролить свет на особенности формирования планет, в том числе и нашей Земли – ведь планетные ядра недоступны для прямых исследований.