Земля и Марс образовались из материала внутренней Солнечной системы

Земля и Марс были сформированы из материала, который в значительной степени возник во внутренней Солнечной системе; только несколько процентов строительных блоков этих двух планет возникли за пределами орбиты Юпитера.

Такие результаты своего исследования сообщила в журнале Science Advances группа ученых, возглавляемая Университетом Мюнстера (Германия), передают OstanniPodii.com.

Эти выводы представляют наиболее полное на сегодняшний день сравнение изотопного состава Земли, Марса и девственного строительного материала внутренней и внешней Солнечной системы. Часть этого материала сейчас все еще находится в основном в неизмененном виде в метеоритах.

Результаты исследования имеют далеко идущие последствия для нашего понимания процесса, образовавшего планеты Меркурий, Венеру, Землю и Марс.

Теория, согласно которой четыре каменистые планеты выросли до своего нынешнего размера путем накопления миллиметровых камешков пыли из внешней солнечной системы, не выдерживает критики.

Две теории

Приблизительно 4,6 миллиарда лет назад, в начале существования нашей Солнечной системы, вокруг молодого Солнца вращался диск из пыли и газа.

Есть две теории, описывающие, как в течение миллионов лет из этого первоначального строительного материала сформировались внутренние каменистые планеты.

Согласно более древней теории, пыль во внутренней Солнечной системе собиралась во все большие куски, постепенно достигая размера примерно нашей Луны. Столкновение этих планетарных эмбрионов наконец-то образовало внутренние планеты Меркурий, Венеру, Землю и Марс.

Более новая теория, однако, предпочитает другой процесс роста: миллиметровые "камешки" пыли мигрировали из внешней части Солнечной системы по направлению к Солнцу. По дороге они наращивались на планетарных зародышах внутренней Солнечной системы, и шаг за шагом увеличивали их до нынешних размеров.

Обе теории основываются на теоретических моделях и компьютерных симуляциях, направленных на реконструкцию условий и динамики в ранней Солнечной системе; обе описывают возможный путь формирования планет. Но какая из них правильна? Какой процесс произошел на самом деле?

Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи из Университета Мюнстера (Германия), Обсерватории Лазурного берега (Франция), Калифорнийского технологического института (США), Музея естествознания Берлина (Германия) и Свободного университета Берлина (Германия) в своей работе опредилила точный состав каменистых планет Земля и Марс.

«Мы хотели выяснить, возникли ли строительные блоки Земли и Марса во внешней или внутренней Солнечной системе», – говорит доктор Кристоф Буркхардт из Мюнстерского университета, первый автор исследования.

В этом отношении изотопы редких металлов титана, циркония и молибдена, найденные в мелких следах во внешних, богатых силикатами слоях обеих планет, дают решающие подсказки. (Изотопы – это разные разновидности одного и того же элемента, отличающиеся только весом атомного ядра.)

Метеориты как источник информации

Ученые предполагают, что в ранней солнечной системе эти и другие изотопы металлов были распределены неравномерно. Скорее их количество зависело от расстояния до Солнца. Поэтому они содержат ценную информацию о том, где в ранней Солнечной системе возникли строительные блоки определенного тела.

В качестве источника информации для составления первоначального изотопного описания внешней и внутренней Солнечной системы исследователи использовали два типа метеоритов.

Эти куски породы обычно попадают на Землю из пояса астероидов области между орбитами Марса и Юпитера. Они считаются в значительной степени девственным материалом с момента зарождения Солнечной системы.

Так называемые углеродные хондриты, которые могут содержать до нескольких процентов углерода, возникли за пределами орбиты Юпитера и лишь позже переместились в пояс астероидов из-за влияния растущих газовых гигантов. В противоположность, их родственники, более обедневшие на углерод неуглеродные хондриты, являются истинными детьми внутренней Солнечной системы.

Точный изотопный состав доступных внешних слоев пород Земли и обоих типов метеоритов изучался в течение определенного времени; однако сравнительно исчерпывающие анализы марсианских пород не производились.

В текущей работе ученые исследовали образцы из 17 марсианских метеоритов, которые можно отнести к шести типичным типам марсианских пород. Кроме того, ученые впервые исследовали обилие трех разных изотопов металлов.

Образцы марсианских метеоритов вначале были измельчены в порошок и подвергнуты сложной химической предварительной обработке. Используя многоколлекторный плазменный масс-спектрометр Института планетологии Мюнстерского университета, исследователи смогли обнаружить крошечные количества изотопов титана, циркония и молибдена. Затем они запустили компьютерные симуляции для расчета соотношения, в котором строительный материал, найденный сегодня в углеродсодержащих и неуглеродных хондритах, должен был быть включен в Землю и Марс, чтобы воспроизвести их измеренный состав.

При этом исследователи рассмотрели две разные фазы аккреции для объяснения разной истории изотопов титана и циркония, а также изотопов молибдена, соответственно. В отличие от титана и циркония, молибден накапливается преимущественно в металлическом ядре планеты. Поэтому те крохотные количества, которые сегодня встречаются в богатых силикатами внешних слоях, могли быть добавлены только во время последней фазы роста планеты.

Результаты исследователей показывают, что внешние слои пород Земли и Марса имеют мало общего с углеродными хондритами внешней Солнечной системы. На их долю приходится около четырех процентов начальных строительных блоков обеих планет.

«Если ранние Земля и Марс преимущественно наращивали пылевые зерна из внешней Солнечной системы, это значение должно быть почти в десять раз выше», – говорит профессор, доктор Торстен Кляйн из Мюнстерского университета, который также является директором Института Макса Планка по исследованию Солнечной системы в Геттинген. «Таким образом, мы не можем подтвердить эту теорию образования внутренних планет», - добавил он.

Утраченный строительный материал

Но состав Земли и Марса тоже не совсем соответствует материалу неуглеродных хондритов. Компьютерные симуляции позволяют предположить, что должен быть в игре другой, отличный вид строительного материала.

«Изотопный состав этого третьего типа строительного материала, как следует из наших компьютерных симуляций, означает, что он возник в глубочайшей части Солнечной системы», - объясняет Кристоф Буркхардт.

Поскольку тела, находящиеся в такой близости от Солнца, почти никогда не рассеиваются в поясе астероидов, этот материал почти полностью поглощался внутренними планетами и, таким образом, не встречается в метеоритах.

«Это, так сказать, "утраченный строительный материал", к которому сегодня мы больше не имеем прямого доступа», - говорит Торстен Кляйн.

Удивительная находка не изменяет последствий исследования для теории образования планет.

«Тот факт, что Земля и Марс, очевидно, содержат преимущественно материал из внутренней Солнечной системы, хорошо согласуется с формированием планет от столкновений больших тел во внутренней Солнечной системе», — заключает Кристоф Буркхардт.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.