«Липкий лед» собрал космическую пыль в протопланеты

Керамический шарик, упавший на «космический лед», подпрыгивает всего на 1/12 высоты, с которой он падал (фото с сайта www.pnl.gov)

Главной движущей силой формирования новых планет уже давно считается гравитация. Однако сторонникам этой гипотезы всегда было сложно объяснить, каким образом сравнительно рыхлым комкам космической пыли удавалось успешно противостоять мощному воздействию солнечного ветра и не разлетаться. Американским астрофизикам удалось найти вполне правдоподобный ответ на этот вопрос.

Исследователи из Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) предложили новую гипотезу столь загадочного поведения космической пыли. По мнению авторов работы, в период образования солнечных систем планеты растут в буквальном смысле как снежный ком, пишет Science Daily. Помогает им в этом слой «липкого молекулярного льда» (molecularly gluey ice), благодаря которому две случайно столкнувшиеся пылинки не разлетаются в стороны, а продолжают кружиться уже в паре.

Как выразился по этому поводу руководитель исследования Джеймс Коуин (James Cowin), если бы речь шла об обычной минеральной пыли, то столкнувшиеся в космосе частицы не склеивались бы друг с другом, а разлетались в стороны, «как бильярдные шары». Напротив, «допланетарная» пыль была покрыта водяным льдом, сконденсировавшимся при температурах, близких к абсолютному нулю. Свидетельство существования такого льда в прошлом — кометы, всё еще кружащиеся вокруг Солнца, а также планеты и их спутники от Юпитера и дальше.

Этот лед, продолжает Коуин, значительно отличается от замерзшей воды, которую мы видим зимой. Например, при особо низких температурах сконденсировавшийся из пара лед спонтанно поляризуется, благодаря чему две маленькие частички льда можно склеить друг с другом, как два магнита: их удерживают вместе электрические силы. Кроме того, охлажденный до такой степени лед уже не может сформировать правильную кристаллическую решетку. На молекулярном уровне он становится рыхлым и пышным, «словно рисовые хлопья».

Сталкиваясь на не слишком больших относительных скоростях, такие «хлопья» не разлетались бы, как бильярдные шары, а, скорее, «схлопывались» бы в более массивные и крупные комки, постепенно разрастаясь до такого размера и массы, где уже начинали бы действовать и силы притяжения. По крайней мере, таким образом должны были сформироваться холодные «внешние» планеты Солнечной системы.

Чтобы проверить эти логические умопостроения в лабораторных условиях, Коуин и его коллеги из PNNL подали водяной пар в вакуумную камеру, воспроизводящую температурные условия «первобытного» космоса. Сотрудники лаборатории Рич Белл (Rich Bell) и Ханфу Уонг (Hanfu Wang) сбрасывали на «космический лед» твердые керамические шарики диаметром 1/16 дюйма (около полутора миллиметров). Зафиксировав этот процесс на высокоскоростную видеокамеру, они обнаружили, что от рыхлого льда, образовавшегося при температуре 40 К, шарик подпрыгивает вверх всего на 8% высоты, с которой он падал (тогда как от более теплого, твердого и плотного «земного» льда — на все 80%).

Что же касается горячих «внутренних» планет, вроде Земли и Марса, то, по мнению Коуина, здесь действуют аналогичные электрические силы, только в роли микроскопических магнитов выступают не частички льда, а зерна силикатной пыли.