Планетологи предсказали извержения железных вулканов на несостоявшихся планетах

Ученые предсказали наличие выбросов расплавленного железа на поверхности металлических астероидов — зародышей планет, которым не удалось вырасти в крупные тела. Подобные процессы должны были происходить на раннем этапе формирования планетной системы, когда изначально полностью расплавленные тела не успели полностью затвердеть, сообщают авторы в журнале Geophysical Research Letters.

Небесные тела, окружающие звезды, формируются из протопланетного диска. По современным представлениям, на начальных этапах частицы пыли соударяются и слипаются, постепенно формируя планетезимали — тела размером с километр, которые способны заметно влиять на движение окружающих объектов посредством собственной гравитации. Такие тела затем могут объединяться в протопланеты, из которых, в конце концов, получатся полноценные планеты. Однако далеко не все планетезимали войдут в состав планетных ядер — многие будут выброшены во внешние области системы, а пережившие бурный этап раннего формирования упадут на крупные тела в виде метеоритов.

В современной Солнечной системе встречается три типа слагающих кору материалов: силикаты в случае каменных планет, их лун и многих астероидов, льды на большинстве лун планет-гигантов, некоторых астероидов и объектах пояса Койпера, а также металлы, которые встречаются у некоторых тел главного пояса астероидов. Последний тип — наиболее редкий, он считается результатом разрушения более легкой мантии достаточно крупных тел в результате соударений на ранних этапах формирования планетной системы. Самым большим подобным телом является Психея — крупный астероид, на который приходится около одного процента всей массы главного пояса.

По одной из гипотез, такие тела с металлической поверхностью являются ядрами сохранившихся до наших дней планетезималей, потерявших каменные внешние слои. Следовательно, их детальное исследование поможет узнать детали формирования планет. Однако текущее понимание их особенностей и эволюции весьма ограничено, так как первые качественные изображения подобного объекта будут получены не ранее 2022 года, когда к Психее должен отправиться американский зонд.

В ранней Солнечной системе из-за частых соударений оголенные ядра планетезималей должны были находиться в жидком состоянии. Во многих случаях первыми будут затвердевать внешние слои таких тел — тогда постепенная кристаллизация вещества создаст неустойчивую ситуацию, так как плотность металлов в твердом состоянии выше, из-за чего расплавленное вещество будет стремиться подняться на поверхность. При накоплении достаточного напряжения в твердой коре она будет разламываться с излиянием жидкого содержания внутренностей, считают авторы исследования Френсис Ниммо (Francis Nimmo) и Джейкоб Абрахамс (Jacob Abrahams) из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.

«В случае практически чистого железа будут извержения с появлением потоков низкой вязкости, покрывающих поверхность тонким слоем, что совершенно не похоже на густую лаву земных вулканов, например, на Гавайях, — комментирует Абрахамс возможный внешний вид таких процессов. — Другим крайним случаем является высокое содержание примесей легких элементов и газов, они будут быстро расширяться, что приведет к взрывному вулканизму, который может оставить ямы в поверхности».

Расчеты ученых показывают, что в целом металлический вулканизм похож на известный на Земле силикатный и не похож на криовулканизм на телах внешней Солнечной системы. Так происходит, потому что в первых двух случаях расплав обладает меньшей плотностью, а условия движения по трещинам подобны. Однако само образование разломов в случае металлов сложнее из-за пластичности и прочности железа — одного из основных компонентов подобных тел. Также вязкость жидких металлов значительно ниже, чем у силикатов, что обеспечит иные свойства излияний. Тем не менее, детальное описание на данный момент невозможно из-за существования неизвестных факторов, основными из которых являются концентрации растворенных летучих веществ, а также частота возникновения достаточных для разлома металлической коры напряжений.

Миссия NASA «Психея» должна быть запущена в 2022 году и сможет достичь одноименного астероида в 2026 году. Одной из целей зонда будет поиск следов вулканической активности в прошлом. В частности, свидетельством подобных процессов могут быть отличия в цвете или материале различных частей поверхности. Также не исключено обнаружение вулканических кратеров, в то время как наличия крупных конических возвышенностей, подобных земным стратовулканам, не ожидается. Тем не менее, такие тела из-за небольшого размера должны были полностью затвердеть достаточно рано, из-за чего в течение миллиардов лет их поверхность находилась под воздействием внешних факторов, которые могли стереть следы внутренней активности.

Альтернативным способом исследования астероидного вулканизма является изучение известных металлических метеоритов, которые также могут быть осколками подобных тел. В случае попадания жидкого металла на поверхность, он должен был кристаллизоваться очень быстро по космическим меркам, что сказывается на микроскопической структуре и составе. Например, там могут находить небольшие пузыри и отверстия, оставленные выделившимися после падения давления газами.

Одной из наиболее интригующих особенностей металлических астероидов является потенциальное наличие в них большого количества ценных веществ, в том числе драгоценных металлов. В этой связи отдельные группы развивают проекты по добыче полезных ископаемых на таких космических телах, однако инвесторы не оценили несвоевременные идеи энтузиастов. Подробнее об астероидах можно узнать из нашего теста «Строительный мусор Солнечной системы».