Примерно 4,6 миллиарда лет назад Солнечная система представляла собой огромное облако газа и пыли. За несколько миллионов лет это облако сильно изменилось: оно сжалось и превратилось в плоский диск, в центре которого в итоге появилось Солнце, а вокруг него начали формироваться планеты.
Долгое время главной движущей силой этого процесса считалась гравитация. Однако новое исследование Массачусетского технологического института (MIT) показывает, что заметную роль в нем мог играть и магнетизм. Ученые обнаружили следы древних магнитных полей в одном из самых старых образцов метеоритного вещества, когда-либо найденных.
Специалисты изучали микроскопические зерна внутри метеорита, найденного в Антарктиде в 2008 году. Эти включения, богатые кальцием и алюминием, сформировались в первые 200 тысяч лет существования Солнечной системы и являются древнейшим известным материалом того периода. Их магнитные характеристики говорят о том, что уже на стадии солнечной туманности существовало значительное магнитное поле. По оценкам исследователей, оно было сильнее магнитного поля Земли в наши дни и могло способствовать перемещению первичного вещества к центру при формировании молодого Солнца.
«Этот переход от сферического облака к протопланетному диску — одно из самых значимых событий во всей истории Солнечной системы, — говорит Бенджамин Вайс, профессор наук о Земле и планетах имени Роберта Р. Шрока в MIT. — Долгое время считалось, что причиной была гравитация, но наши измерения показывают, что свою роль, вероятно, сыграл и магнетизм». Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Магнитные поля возникают при движении электрически заряженного вещества. На самой ранней стадии формирования Солнечной системы сжимающееся облако газа и пыли могло образовывать плазму с заряженными частицами. Когда эти частицы циркулировали в формирующемся диске, они могли создавать и поддерживать магнитное поле. Если такое поле существовало, оно должно было оставить след в части материала диска: при его конденсации мельчайшие магнитные минералы могли зафиксировать силу окружающего поля. Если эти минералы сохранились на протяжении миллиардов лет и в итоге попали на Землю, их остаточная намагниченность может служить доказательством того, что магнетизм существовал в молодой Солнечной системе и влиял на ее развитие.
Ранее исследователи уже находили свидетельства магнетизма примерно через 2 миллиона лет после начала формирования Солнечной системы. К тому моменту, как считается, Солнце уже образовалось, а планеты начинали собираться. Та работа позволяла предположить, что магнитные поля могли способствовать формированию планет. Новая работа отодвигает поиск еще дальше в прошлое и сосредоточена на том, существовал ли магнетизм, пока само Солнце еще формировалось. Ученые изучили образцы метеорита DOM 08006, найденного в 2008 году в горах Доминион в Восточной Антарктиде. Этот метеорит с момента обнаружения активно изучают из-за его необычно примитивного состава.
В DOM 08006 содержатся минеральные зерна самых ранних этапов формирования Солнечной системы, возможно, относящиеся ко времени, когда Солнце еще не сформировалось полностью. Метеорит сохранил значительную часть своего исходного минерального состава, несмотря на миллиарды лет истории Солнечной системы. «Другие метеориты за эти 4,5 миллиарда лет прошли через множество разных процессов, — отмечает Вайс. — Они формировались в солнечной туманности, затем попадали в тела с водой, разрушались, перемещались в пояс астероидов и в конце концов оказывались здесь. Но DOM почему-то испытал меньше изменений, чем любой другой метеорит». Именно эта необычная сохранность сделала DOM 08006 особенно перспективным для поиска следов магнитных полей древнейшей Солнечной системы.
Используя небольшие фрагменты исходного метеорита, команда выделила мельчайшие минеральные зерна и обнаружила несколько включений, богатых кальцием и алюминием, содержащих природные магнитные минералы, в том числе железо. Затем исследователи провели серию тестов, чтобы определить, сохранили ли эти зерна древний магнетизм. В минералах были найдены следы магнитного поля. По этим измерениям команда оценила, что ранняя Солнечная система обладала магнитным полем примерно от 150 до 600 микротесла — это примерно в три–двенадцать раз сильнее магнитного поля Земли сегодня. Результат говорит о том, что магнетизм мог играть важную роль в управлении движением вещества через протопланетный диск в период формирования Солнца. «Мы считаем, что такие магнитные поля помогали перемещать газ из протопланетного диска к центральной звезде — Солнцу, — говорит Борлина. — Гравитация тоже играет роль. Но теперь мы показываем, что для полного понимания того, как образовались Солнце и планеты, в число составляющих этого процесса нужно включать и магнитные поля». Исследование частично поддержано NASA.