Universumi suured saladused keerlevad sageli kaugete, nähtamatute nähtuste ümber. Teadlased mõistatavad raadiolainete seletamatute purunemiste, raskusjõu tabamatu olemuse ja selle üle, kas tume energia tungib kosmosesse. Kuid ka teisi mõistatusi võib leida meie enda galaktika nurgast, vaadates meid otse näkku - näiteks kuidas Maast sai planeet, mis ta on täna.
See küsimus köidab jätkuvalt teadlasi, kes töötavad selle nimel, et mõista, kuidas Maa kujunes ja miks see sobib nii hästi elu võõrustamiseks. See oleks võinud teisiti osutuda - vaadake lihtsalt meie lähimat naabrit ja peaaegu kaksikut Veenust, millel pole vedelat vett ja mille pind on paisuv 870 kraadi Fahrenheiti järgi. "Veenus ja Maa on omamoodi ülim kontrolljuhtum, " ütleb Sue Smrekar NASA reaktiivmootorite laboratooriumist. "Me ei mõista täielikult, kuidas Maa oli nii elamiskõlblik ja Veenus nii elamiskõlbmatu."
See on natuke üllatav, arvestades, et Maa on universumi kõige paremini uuritud planeet. Kuid sellised geoloogilised protsessid, nagu plaaditektoonika, kordavad pidevalt mineviku tõendusmaterjale ja suur osa kriitilisest teabest Maa meigi kohta on peidetud selle tohututesse ligipääsmatutesse sügavustesse. "Üritate mõista planeeti, mida saate proovida ainult pinnalt, " ütleb Pariisi Maa füüsika instituudi geofüüsik James Badro. Ehkki teadlased on meie jalge all oleva maa uurimisel kogunud hulgaliselt teadmisi, jääb Maa ehituse ja evolutsiooni täielik lugu teadmata.
Nii on teadlased pöördunud abi saamiseks taeva poole. Nad on uurinud teisi tähesüsteeme, otsides vihjeid, ja otsinud Päikesesüsteemi detrituse hulgast Maa ehitusplokke. Nüüd võiks plaanitud ja kavandatud kosmosemissioonide komplekt aidata teadlastel täita rohkem puuduvaid tükke.
Alates protoplanetaarsete kehade uute aspektide uurimisest kuni lõpetamiseni väljast, kust nad tulid ja kuidas nad omavahel segunesid, loodavad teadlased Maale loonud planeetide moodustumise protsesse täpsustada. Paljude jaoks on see sama palju filosoofilisi otsinguid kui ka teaduslik. "See on meie päritolu küsimus, " ütleb Badro.
Kunstniku ettekujutus kavandatud missioonist Psychesse, asteroid, mis arvati olevat täielikult metallist. (NASA / JPL-Caltech) Enamik teadlasi on nüüd nõus meie päikesesüsteemi üldise ajalooga. See sai alguse 4, 6 miljardit aastat tagasi, kui kosmoses hõljuv tohutu gaasi- ja tolmupilv varises enda alla, võib-olla vallandas lähedal asuva supernoova lööklaine. Seejärel keerdus lapik pilv keerlevaks kettaks, millest - umbes 100 miljonit aastat hiljem - tekkis meie päikesesüsteem enam-vähem oma praeguses olekus: kaheksa planeediga ümbritsetud päike ja loendatud lugematu arv väiksemaid kehasid.
Meie kosmilise naabruskonna kujunemise täpsemad üksikasjad jäävad siiski vaieldavaks. Näiteks vaidlevad teadlased endiselt selle üle, millest planeedid on tehtud. "Me teame, kuidas kook välja näeb, " ütleb Lindy Elkins-Tanton Arizona osariigi ülikoolist, "aga me tahaksime teada, millised näevad välja ka kõik need üksikud koostisosad, " ütleb ta.
Teadlased arvavad, et maapealsed planeedid kasvasid väiksemate tasapinnaliste näidikute kuhjamise teel - kuni kümnete miilide läbimõõduga objektid, mis olid kogunenud protoplanetaarsest tolmust. Kuid nende planetesimiaalide koostist ja ülesehitust on olnud raske kindlaks teha. Meie meteoriitide kollektsiooni - Maale langenud asteroidide fragmentide - uurimine on hea koht alustamiseks, ütles Santa Cruzi California ülikooli planeediteadlane Francis Nimmo. Kuid sellest ei piisa.
Selle põhjuseks on asjaolu, et meil ei ole tingimata proove kõige kohta, mis planeetidele läks - mõned komponendid võivad puudu olla või ei pruugi neid enam olla. Mõned meteoriidid näivad olevat Maa jaoks korralikud vasted, kuid teadlased ei suuda leida ühtegi meteoriiditüüpide kombinatsiooni, mis selgitaks täielikult Maa keemilist koostist. "See on omamoodi ebamugav, sest see tähendab, et me ei tea tegelikult, kuidas Maa kokku pandi, " ütleb Nimmo.
Elkins-Tanton loodab, et kavandatav tulevane missioon - üks viiest NASA programmi Discovery finalistist - võiks aidata. Elkins-Tantoni juhitud projekt saadaks mehitamata kosmoselaeva külastama Psyche-nimelist objekti, mis istub Marsi ja Jupiteri vahel asteroidivööndis. Psüühika laius on umbes 150 miili ja selle tiheduse ja pinna koostise kaugvaatluste põhjal näib ta olevat valmistatud tahkest metallist. See võib sarnaneda ka Maa ehitusplokkidega.
"See võib olla keha väike tuum, mis moodustati maapealses planeedi moodustavas piirkonnas ja sai lihtsalt palju muid asju tabanud ning mille kivine välispind oli ära riisutud, " räägib Elkins-Tanton. NASA koidiku missioonil uurisid teadlased asteroidi Vesta, protoplaneeti, mis tõenäoliselt moodustus ka Maa lähedal ja seejärel löödi asteroidi vöösse. Kuid see on ainulaadne võimalus näha, mis asub Vesta-suguste objektide all ja mis Elkins-Tantonit erutab.
"Psüühika on ainus päikesesüsteemi keha, mis võimaldab meil vahetult jälgida metallisüdamikku, " ütleb ta. “See võib olla meie ainus võimalus sellist koostisosa vaadata.” Koos teiste Discovery finalistidega selguvad Elkins-Tanton ja tema kolleegid septembris, kas missioon on plaanis.
Klassikalise planeetide moodustamise mudeli kohaselt hakkasid planeedimähised, kui Psüühika mõõtmed ulatusid kümnete kuni sadade miili kaugusele, naabreid kannibaliseerima, ütles Colorado Boulderi edelaosa uuringute instituudi planeediteadlane Kevin Walsh. "Suurimad kasvavad tõesti kiiresti, " ütleb ta tänu nende kasvavale gravitatsioonilisele mõjule.
See vallandunud protsess oleks võimendanud päikesesüsteemi kehade arvu ehk saja kuu ja Marsi suuruste planeetide embrüote hulka ja väiksema prahi purunemiseni. Aja jooksul ühendasid need embrüod aeglaselt planeete.
Kuid kuigi see seletus sobib hästi maapealsete planeetide jaoks, mille geoloogiliste tõendite kohaselt on moodustunud 30 kuni 100 miljonit aastat, on see Jupiteri-suguste gaasihiiglaste jaoks probleem. Teadlased arvavad, et nende kehade tuumad pidid kasvama palju kiiremini - piisavalt kiiresti, et hõivata nende massiline atmosfäär varases Päikesesüsteemis sisalduvast gaasist, mis hajus vaid mõne miljoni aasta jooksul.
Viimase kümnendi jooksul on teadlased välja töötanud alternatiivse mehhanismi planeetide kasvatamiseks, mida tuntakse kivikeste kogunemisena. See tähistab järsku kõrvalekaldumist tavapärasest akretsioonimudelist, kus objektid ühendatakse järjest suuremate osakeste moodustamiseks. Või nagu Walshi kolleeg Hal Levison ütleb: “Veeris teeb rändrahnud ja rändrahnud teevad mägesid - kõik ülespoole.” Kiviklibu ennustamine seevastu ennustab, et objektid kasvavad rusika suurustest tükkidest Pluuto suuruseks Levison, kes aitas hüpoteesi välja töötada, ütleb peaaegu kohe ja jätkab seejärel massitaseme saavutamist.
Protsess oleks alanud vahetult pärast protoplaneetilise ketta moodustumist, kui noored päikesed tiirlevad tolmuosakesed hakkasid kokku põrkuma ja kokku kleepuma, nagu sünkroniseeritud uisutajad, kes liidaksid käed jäähalli ringi ringutades. Lõpuks oleks aerodünaamilised ja gravitatsioonijõud need veerisest suured kobarad kokku tõmmanud, moodustades tasapinnalised kujutised. Seejärel jätkasid tasapinnalised ülejäänud kivikesed nende ümber, kiiresti kasvades, kuni nad moodustasid planeedid.
Lisaks sellele, et käsitleda küsimust, kuidas gaasihiiglased nii kiiresti kasvasid, pakub see mudel ka viisi nn meetrisuuruse tõkke ületamiseks, mis on vaevanud planeetide akrediteerimise mudeleid alates selle esmakordsest visandamisest 1970. aastatel. See viitab tõsiasjale, et kui objektide läbimõõt on umbes kolm jalga, oleks ümbritseva gaasi tekitatud hõõrdumine neid päikese käes spiraalinud. Pebble'i akrimine aitab vigastada väikesi osakesi, mis muudavad need piisavalt suureks, et neid enda käes hoida.
Teadlased püüavad endiselt mõista, kas see protsess toimus kogu Päikesesüsteemis ja kas see oleks sise- ja välisplaneetide jaoks samamoodi mänginud. (Kuigi see töötab gaasigigaanide jaoks, ei sobi kiire kasvu hilisemad etapid sellega, mida me maapealse planeedi moodustumisest teame). Kuid teadlased võivad sellel aastal leida vihjeid, kui NASA Juno missioon, mis jõudis eelmisel kuul edukalt Jupiterini, hakkab koguma teavet planeedi koostise ja tuuma kohta.
Walsh ütleb, et nuputamine, kui palju materjali asub gaasihiiglase keskmes, aitab teadlastel piirata erinevaid planeedi akretsiooni mudeleid. Kui Jupiteril on väike tuum, võinuks klassikaline täppis selle piisavalt kiiresti üles ehitada; kui see on suur, võib see tähendada, et selle asemel toimus midagi veerisuurimist, ütleb ta.
Jupiter ja selle kuud Io, Europa ja Ganymede, nagu pildistas Juno missioon vahetult pärast kosmoselaeva sisenemist orbiidile gaasihiigla ümber. (NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS) Jupiteri moodustumise mõistmine aitab teadlastel mõista ka teiste planeetide, sealhulgas Maa päritolu. Seda seetõttu, et Jupiteri on süüdistatud sisekiviste planeetide ehitamisse segamises, vähemalt vastavalt Walshi ja teiste poolt viimastel aastatel veojõu saanud uuele ideele.
Hüpotees, mida tuntakse Grand Tacki mudeliks, viitab sellele, et kui Jupiter oli vormistuse lõpetanud, oleks ta kogu päikese ümber kulunud materjali välja puhastanud, nikerdades protoplanetaarses ketta lünga. Ketas sisaldas siiski veel palju gaasi ja tolmu, mis ketta lamedamaks ja venitades surus päikese poole, ütles Walsh.
Jupiteri lõhe blokeeris selle materjali voolavuse tõhusalt ja planeet sattus „tulvavetesse”, ütles Walsh. See rändas umbes Marsi orbiidile koos Saturniga tema kannul. Ent Saturnile järgides leidis see ketta uuesti ühendamiseks piisavalt materjali. See vabastas surve Jupiterile, võimaldades mõlemal planeedil uuesti välja rännata, mõnesaja tuhande aasta jooksul. Mudelit inspireerisid muude päikesesüsteemide veidralt järjestatud planeetide vaatlused, mis viitavad sellele, et sellised ränded on tavalised, väidab Walsh.
Ülejäänud päikesesüsteemi jaoks oleks see olnud midagi sellist, nagu härjapaar kosmilises Hiina poes. Walsh ütleb, et sisemise päikesesüsteemi prügi oleks välja visatud, samas kui välisest süsteemist tekkinud rämps oleks sisse tõmmatud, väidab Walsh. Mudel aitab selgitada Marsi runte suuruse mõõtmeid ning asteroidivööst tänapäeval leiduvate kehade arvu ja mitmekesisust.
See annab ka võimaliku selgituse, kuidas maapealsed planeedid oma vee said. Grand Tacki sõnul oleks gaasiplaneetide ränne toimunud maapealsete planeetide moodustumise ajal ja võinuks välimisest päikesesüsteemist vett rikka materjali segu sisse visata. Walsh ja paljud teised teadlased arvavad, et süsinikku sisaldavad asteroidid, mis võisid tekkida Jupiterist kaugemal, olid peamised sõidukid Maale vee andmiseks.
Selle aasta septembris alustab NASA missiooni külastada ühte sellist asteroidi nimega Bennu. Walsh on OSIRIS-REx-nimelise projekti kaasuurija, kes uurib keha kaugelt enne proovi haaramist, et Maale tagasi tuua. Jaapani kosmoseagentuuri sarnane missioon nimega Hayabusa 2 on plaanis proovida 2018. aastal veel ühte süsinikku sisaldavat asteroidi.
Teadlased loodavad saada rohkem teavet selle kohta, kust need asteroidid pärit on ja kas nad on tõepoolest süsinikkondrogeenidena tuntud meteoriidide klassi allikad. Samuti loodavad nad, et põlise proovi - mitte meteoriidi fragmendi - uurimine aitab välja selgitada, kas need objektid ei andnud Maale mitte ainult vett, vaid ka orgaanilisi ühendeid, mis võisid olla elu eelkäijateks.
Kui OSIRIS-REx naaseb Maale, võib see minna teele Lucyga, mis on veel üks väljapakutud missioon, mis nagu Psyche on programmi Discovery finalist. Levisoni juhitud Lucy eesmärk on uurida viimast suurt raputust, mis raputas meie päikesesüsteemi - planeedi tangu, mis algas umbes 500 miljonit aastat pärast Grand Tacki. Sel ajal vallandas Pluuto Levisoni ja teiste hüpoteesi kohaselt ebastabiilsuse, mis põhjustas Neptuuni humaalaja Uraanist väljapoole ja välised gaasihiiglased rändasid Päikesest eemale oma praegusesse kohta.
See Nizza mudeliks tuntud häiring oleks saatnud sisemisse päikesesüsteemi sademeid sadama, mis võib seletada löökide rühmitust, mis on moodustunud perioodil, mida nimetatakse raskeks hiliseks pommitamiseks. Maapealsed planeedid, nagu Maa, olid enamasti sellest punktist moodustunud, nii et sündmus ei mõjutanud oluliselt nende koostist. Kuid see võis visata kurvi palli teadlastele, kes püüavad mõista, kuidas Päikesesüsteem arenes. Katkestuse tagajärjel võisid sisemises päikesesüsteemis lenduda objektid, millel polnud mingit seost materjalidega, mis moodustavad suurema osa maismaaplaneetidest, väidab Walsh.
Lucy võiks aidata teadlastel välja selgitada, mis tegelikult juhtus, ja võimaldada neil lahti harutada, mis segunes. See saavutataks, uurides Jupiteri orbiidile lukustatud asteroidide rühma. Need objektid, mida tuntakse Jovia troojalastena, on segu kehadest, mis moodustasid kogu välise Päikesesüsteemi ja mis siis rände ajal kokku visati.
Kui missioon nendeni jõuaks, orienteeruvad troojalased 2020. aastate keskel kosmoselaeva jaoks just õigesse konfiguratsiooni, et teha kuuekehaline ringreis. "Olen kogu oma karjääri jooksul kummardanud taevamehaanika jumalaid, " ütleb planeedidünaamik Levison. "Nad otsustasid mulle tagasi maksta, sest planeedid joonduvad sõna otseses mõttes."
Levisoni sõnul annab troojalaste lähedane uurimine teadlastele selgema ettekujutuse sellest, kuidas Nizza mudelis segunemine aset leidis, ning see võib ühtlasi pakkuda ka kivikeste kogunemise testi. Hüpotees ennustab, et kõik, mis on väiksem kui umbes 60 miili, peaks tegelikult olema fragment suuremast kehast. See on ennustus, mida Lucy peaks saama testida.
Kunstniku mulje Veenuse pinnast, kus temperatuurid on paljandunud, 870 kraadi Fahrenheiti järgi. (ESA / AOES Medialab) Need missioonid näivad olevat teadlaste edaspidiseks mõistmiseks Maa päritolust tõenäoliselt viisil, mida teadlased veel ei suuda isegi ette kujutada. Lõppude lõpuks nõuab planeetide moodustumisest tugeva pildi loomine paljude erinevate allikate andmete ühendamist, ütles Caltechi planeediteadlane David Stevenson.
Siiski on meil veel pikk tee minna, enne kui mõistame, mis Maa ja Veenuse nii erinevateks teeb. "See on peaaegu piinlik, et siin me Maa peal istume ja meil on see suur lähim planeet, mille suhtes me nii teadmatuses oleme, " räägib Stevenson. "Põhjus, miks me nii võhiklikud oleme, on see kuradi kuum!"
Põrgulised tingimused Veenuse pinnal on tõepoolest süvendanud pingutusi planeedi üksikasjalikuks uurimiseks. Venemaal õnnestus 1960. – 80. Aastatel pinnale viia mitu kosmoselaeva. Nad jäid ellu vaid paar tundi ja edastasid enne kuumuse langemist lühikesi andmevälgu. Kuid need ja muud missioonid, nagu NASA Pioneer ja Magellan, kes uurisid planeeti kaugelt, andsid pilgu planeedi toimimisse.
Teame näiteks, et Veenusel on intensiivne kasvuhoonegaaside atmosfäär, mis koosneb peaaegu täielikult süsinikdioksiidist, ja näib, et ta on kaotanud suurema osa oma pinnaveest. See võib takistada plaatide tektoonika teket seal - arvatakse, et vesi määrib subduktiivplaatide rattaid. See võib selgitada ka seda, miks Veenusel puudub geomagnetiline väli, mida paljud teadlased peavad eluks vajalikuks, kuna see kaitseb planeeti päikesetuule mõjutuste eest. Nimmo sõnul tekitavad geomagnetilised väljad konvektsioon keha tuumas ja soojuse eemaldamiseks loodavad nad vahevöö tsirkulatsioonile - mis on sageli seotud plaaditektoonikaga.
Mida teadlased rohkem kui midagi tahavad, on Veenuse pinnakivimite proovid, kuid see jääb kaugeks eesmärgiks. Lähitulevikus peavad teadlased leppima kaugemate vaatlustega, nagu need, mis pärinevad praegusest Jaapani missioonist. Selle aasta alguses hakkas Akatsuki kosmoseaparaat lõpuks andmeid edastama oma orbiidilt Veenuse ümber pärast planeerimata viieaastast ümbersõitu päikese ümber.
Lisaks kaalub NASA veel kahte oma Veenusekeskset missiooni, mis on ka Discovery finalistid. Ühte projekti nimega VERITAS juhib Smrekar ja see hõlmaks orbiiti, mis on võimeline uurima planeedi geoloogiat kõrglahutusega. Teine kavandatud missioon, mida juhib Goddardi kosmoselennukeskuse Lori Glaze, analüüsiks Veenuse ainulaadset atmosfääri, kasutades sondi nimega DAVINCI.
Loodetakse, et need jõupingutused paljastavad, miks Veenus arenes nii, nagu ta seda tegi, ja mis teeb Maa teistsuguseks. Praegu arvavad paljud teadlased, et Maa ja Veenus moodustusid tõenäoliselt umbes samast materjalist, mis seejärel aja jooksul mitmest tegurist lahknes. Nende hulka kuulub nende erinev Päikese lähedus ja asjaolu, et Maa koges oma ajaloo suhteliselt hilja suurt kokkupõrget - Kuu moodustanud mõju -, mis oleks sulanud suure osa planeedist ja potentsiaalselt muutnud selle dünaamikat.
Kuid kuni me ei tea rohkem selle kohta, kuidas moodustasid meie päikesesüsteemis olevad planeedid ja millised protsessid kujundasid nende evolutsiooni, ei tea me, mis eristab külalislahke planeeti viljatu planeedist, väidab Walsh. "Meil on kosmoses teleskoobid, mis jahivad Maa tähega planeete teiste tähtede ümber, kuid meil pole aimugi, kas planeet areneb Veenuseks või Maaks, " ütleb ta. "Ja see on mingil tasemel kogu pallimäng."
