Jak vznikaly chondrule

24. září 2010

Chondrule nejsou ani pohádkové bytosti, ani mořské příšery, ale velmi důležití svědkové historie naší sluneční soustavy. Prakticky všechny kamenné meteority, které vědci zkoumají již 200 let, obsahují stovky zrnek z roztavených milimetrových minerálů, které vznikly v době zrodu slunečního systému.

Tyto meteority v sobě tedy musí mít zakódované informace o tehdejších podmínkách v solární mlhovině - o tlaku, teplotě nebo jejím chemickém složení. Mají krásný název chondrule a přečíst z nich tyto informace vyžaduje znalost procesu, během něhož se vytvářely. Již v devatenáctém století bylo zjištěno, že jde o křemičitanové horniny s magmatickou strukturou. Je tedy zřejmé, že v době vzniku slunečního systému probíhaly procesy při teplotě dostatečně vysoké pro tavení hornin. Jaké to ale byly procesy? Šlo o děje velmi energetické a prostorově rozsáhlé.

Při vytváření chondrulí musela dosahovat teplota asi 1800 oC. Při této teplotě docházelo nejen k tavení křemičitanových hornin, ale i k vypařování relativně prchavých prvků jako je draslík, železo, křemík a hořčík. Zastoupení těchto prvků v chondrulích je skutečně ve srovnání s jejich průměrným obsahem v celém meteoritu nižší. Postoupit o kus dál se podařilo na základě neočekávaného zastoupení izotopů uvedených prvků. Předpokládalo se, že lehčí izotopy se budou odpařovat snáze a jejich zastoupení bude tedy menší. To se ale nepotvrdilo. Průběh rozdělovací funkce zastoupení izotopů umožnil další kvantitativní odhady. Použitím jednoduchých analytických výrazů, potvrzených počítačovým modelováním chemické kinetiky, odhadli astrofyzici a fyzikální chemici, že tlak par těkavých elementů musel po dobu tavení hornin dosahovat alespoň 95% tlaku nasycených par. Z toho byla stanovena dolní hranice hustoty chondrulí, vznášejících se v oblasti jejich vytváření. V každém kubickém metru se jich vyskytovalo nejméně deset. Další poznatek, který z modelu vyplynul, je, že páry hornin nemohly difundovat pryč z tohoto prostoru. V oblasti, kde podle všech předpokladů meteority vznikaly (dnešní pás asteroidů), byl tlak asi jedna desetitisícina baru. Pokud tomu tak bylo, mohly mít chondrule další sousedky ve vzdálenosti kolem tří kilometrů ve všech směrech. Pro 99% chondrulí měla oblast, kde se tvořily, průměr přibližně 1000 kilometrů.

Z těchto nových odhadů vyplývá přijatelné vysvětlení vzniku zvláštních, i trochu mystických útvarů v meteoritech. Příčinou je rázová vlna v rozsahu celé solární mlhoviny. Tato rázová vlna byla pravděpodobně způsobena gravitačními nestabilitami, které vznikaly, když se gravitační síly solární mlhoviny přibližně vyrovnaly s gravitační přitažlivostí Slunce. Tyto nestability se projevovaly jako spirálové hustotní vlny, podobné spirálovým ramenům v naší galaxii. Pro potvrzení modelu je nyní na pořadu další, podrobnější modelování spolu s petrografickými a izotopovými analýzami chondrulí z nalezených meteoritů. I když mají velikost pouhého zrnka prachu, mohou být chondrule korunním svědkem v hledání pravdy o procesech, které probíhaly ve stadiu zrodu naší sluneční soustavy.

autor: Jana Štrajblová