Земля та Марс утворилися з матеріалу внутрішньої Сонячної системи

Земля та Марс були сформовані з матеріалу, який значною мірою виник у внутрішній Сонячній системі; лише кілька відсотків будівельних блоків цих двох планет виникли за межами орбіти Юпітера.

Такі результати свого дослідження повідомила в журналі Science Advances група вчених, очолювана Університетом Мюнстера (Німеччина), передають OstanniPodii.com.

Ці висновки являють найповніше на сьогодні порівняння ізотопного складу Землі, Марса та незайманого будівельного матеріалу внутрішньої та зовнішньої Сонячної системи. Частина цього матеріалу сьогодні все ще знаходиться в основному в незміненому вигляді в метеоритах.

Результати дослідження мають далекосяжні наслідки для нашого розуміння процесу, який утворив планети Меркурій, Венеру, Землю та Марс.

Теорія, згідно з якою чотири кам′янисті планети виросли до свого теперішнього розміру шляхом накопичення міліметрових камінчиків пилу із зовнішньої Сонячної системи, не витримує критики.

Дві теорії

Приблизно 4,6 мільярда років тому, на початку існування нашої Сонячної системи, навколо молодого Сонця обертався диск з пилу та газу.

Є дві теорії, що описують, як протягом мільйонів років з цього початкового будівельного матеріалу сформувалися внутрішні кам′янисті планети.

Згідно з більш давньою теорією, пил у внутрішній Сонячній системі збирався у все більші шматки, поступово досягаючи розміру приблизно нашого Місяця. Зіткнення цих планетарних ембріонів нарешті утворило внутрішні планети Меркурій, Венеру, Землю та Марс.

Новіша теорія, однак, вважає за краще інший процес зростання: міліметрові "камінчики" пилу мігрували із зовнішньої частини Сонячної системи у напрямку до Сонця. Дорогою вони нарощувалися на планетарних зародках внутрішньої Сонячної системи, та крок за кроком збільшували їх до теперішніх розмірів.

Обидві теорії ґрунтуються на теоретичних моделях та комп′ютерних симуляціях, спрямованих на реконструкцію умов і динаміки в ранній Сонячній системі; обидві описують можливий шлях формування планет. Але яка із них є правильною? Який процес відбувся насправді?

Щоб відповісти на ці питання, дослідники з Університету Мюнстера (Німеччина), Обсерваторії Лазурного берега (Франція), Каліфорнійського технологічного інституту (США), Музею природознавства Берліна (Німеччина) та Вільного університету Берліна (Німеччина) у своїй роботі визначили точний склад кам′янистих планет Землі та Марсу.

«Ми хотіли з’ясувати, чи виникли будівельні блоки Землі та Марса у зовнішній чи внутрішній Сонячній системі», – говорить доктор Крістоф Буркхардт з Мюнстерського університету, перший автор дослідження.

У цьому відношенні ізотопи рідкісних металів титану, цирконію та молібдену, знайдені в дрібних слідах у зовнішніх, багатих на силікати шарах обох планет, дають вирішальні підказки. (Ізотопи — це різні різновиди одного й того ж елемента, які відрізняються лише вагою атомного ядра.)

Метеорити як джерело інформації

Вчені припускають, що в ранній Сонячній системі ці та інші ізотопи металів були розподілені нерівномірно. Швидше, їхня кількість залежала від відстані до Сонця. Тому вони містять цінну інформацію про те, де в ранній Сонячній системі виникли будівельні блоки певного тіла.

В якості джерела інформації для складання первісного ізотопного опису зовнішньої та внутрішньої Сонячної системи дослідники використали два типи метеоритів.

Ці шматки породи зазвичай потрапляють на Землю з поясу астероїдів, області між орбітами Марса та Юпітера. Вони вважаються значною мірою незайманим матеріалом з моменту зародження Сонячної системи.

Так звані вуглецеві хондрити, які можуть містити до кількох відсотків вуглецю, виникли за межами орбіти Юпітера та лише пізніше перемістилися до поясу астероїдів через вплив газових гігантів, що зростали. На противагу, їхні родичі, більш збіднені на вуглець невуглецеві хондрити, є істинними дітьми внутрішньої Сонячної системи.

Точний ізотопний склад доступних зовнішніх шарів порід Землі й обох типів метеоритів вивчався протягом певного часу; однак порівняно вичерпні аналізи марсіанських порід не проводилися.

У своїй поточній роботі вчені дослідили зразки із 17 марсіанських метеоритів, які можна віднести до шести типових типів марсіанських порід. Крім того, вчені вперше дослідили достаток трьох різних ізотопів металів.

Зразки марсіанських метеоритів спочатку були подрібнені в порошок і піддані складній хімічній попередній обробці. Використовуючи багатоколекторний плазмовий мас-спектрометр Інституту планетології Мюнстерського університету, дослідники змогли виявити крихітні кількості ізотопів титану, цирконію та молібдену. Потім вони запустили комп’ютерні симуляції для розрахунку співвідношення, в якому будівельний матеріал, знайдений сьогодні у вуглецевмісних і невуглецевих хондритах, повинен був бути включений в Землю та Марс, щоб відтворити їх виміряний склад.

При цьому дослідники розглянули дві різні фази акреції для пояснення різної історії ізотопів титану та цирконію, а також ізотопів молібдену, відповідно. На відміну від титану та цирконію, молібден накопичується переважно в металевому ядрі планети. Тому ті крихітні кількості, які ще сьогодні зустрічаються у багатих силікатами зовнішніх шарах, могли бути додані лише під час останньої фази зростання планети.

Результати дослідників показують, що зовнішні шари порід Землі та Марса мають мало спільного з вуглецевими хондритами зовнішньої Сонячної системи. На їх частку припадає лише близько чотирьох відсотків початкових будівельних блоків обох планет.

«Якщо ранні Земля та Марс переважно нарощували пилові зерна із зовнішньої Сонячної системи, це значення мало б бути майже в десять разів вищим», – каже професор, доктор Торстен Кляйн з Мюнстерського університету, який також є директором Інституту Макса Планка з дослідження Сонячної системи в Геттінгені. «Таким чином, ми не можемо підтвердити цю теорію утворення внутрішніх планет», — додав він.

Втрачений будівельний матеріал

Але склад Землі та Марса також не зовсім відповідає матеріалу невуглецевих хондритів. Комп’ютерні симуляції дозволяють припустити, що також мав бути уві грі інший, відмінний вид будівельного матеріалу.

«Ізотопний склад цього третього типу будівельного матеріалу, як випливає з наших комп’ютерних симуляцій, означає, що він виник у найглибшій частині Сонячної системи», — пояснює Крістоф Буркхардт.

Оскільки тіла, що перебувають у такій близькості до Сонця, майже ніколи не розсіюються в поясі астероїдів, цей матеріал майже повністю поглинався внутрішніми планетами та, таким чином, не зустрічається в метеоритах.

«Це, так би мовити, "втрачений будівельний матеріал", до якого сьогодні ми більше не маємо прямого доступу», — каже Торстен Кляйн.

Дивовижна знахідка не змінює наслідків дослідження для теорії утворення планет.

«Той факт, що Земля та Марс очевидно містять переважно матеріал із внутрішньої Сонячної системи, добре узгоджується з формуванням планет від зіткнень великих тіл у внутрішній Сонячній системі», — підсумовує Крістоф Буркхардт.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.