Нове розуміння утворення Землі
Попри те, що Земля давно й докладно вивчена, на деякі фундаментальні питання ще належить знайти відповіді. Одне з них стосується утворення нашої планети, про зародження якої дослідники досі нічого не знають.
Міжнародна дослідна група пропонує нову відповідь на це питання, засновану на лабораторних експериментах та комп′ютерному моделюванні, розповідають у Швейцарській вищій технічній школі Цюриха (ETH Zurich).
Нез′ясовна невідповідність
"В астрофізиці та космохімії переважає теорія, що Земля утворилася з хондритних астероїдів. Це відносно невеликі, прості блоки з каменю та металу, які сформувалися на ранніх етапах існування Сонячної системи", - пояснює провідний автор дослідження Паоло Соссі, професорн експериментальної планетології в ETH Zurich. "Проблема цієї теорії полягає в тому, що ніяка суміш цих хондритів не може пояснити точний склад Землі, яка набагато бідніша за легкі, леткі елементи, такі як водень і гелій, ніж ми могли б очікувати".
Протягом багатьох років висувалися різні гіпотези пояснення цієї невідповідності. Наприклад, було припущено, що при зіткненнях об′єктів, з яких згодом утворилася Земля, виділялося дуже багато тепла. Це випарувало легкі елементи, залишивши планету у її нинішньому складі.
Однак Соссі переконаний, що ці теорії стають неправдоподібними, як тільки ви вимірюєте ізотопний склад різних елементів Землі: "Усі ізотопи хімічного елемента мають однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів. Ізотопи з меншою кількістю нейтронів легші й тому повинні легше виходити. Якби теорія випаровування при нагріванні була вірна, ми б знайшли сьогодні на Землі менше легких ізотопів, ніж у вихідних хондритах. Але саме цього й не показують ізотопні вимірювання".
Космічний плавильний котел
Тому команда Соссі шукала інше рішення. "Динамічні моделі, за допомогою яких ми симулюємо утворення планет, показують, що планети в нашій Сонячній системі формувалися поступово. Маленькі крупинки з часом виросли у планетезималі кілометрового розміру, накопичуючи все більше й більше матеріалу за рахунок гравітаційного тяжіння", - пояснює Соссі.
Подібно до хондритів, планетезималі також являють собою невеликі тіла з каменю й металу. Але на відміну від хондритів, вони були достатньо нагріті, щоб розмежуватися на металеве ядро та кам′янисту мантію. "Більш того, планетезималі, що сформувалися у різних областях навколо молодого Сонця або в різні часи, можуть мати дуже різний хімічний склад", - додає Соссі. Тепер питання у тому, чи може випадкове поєднання різних планетезималей призвести до складу, що відповідає складу Землі.
Щоб з′ясувати це, команда запустила симуляції, в яких тисячі планетезималів зіткнулися один з одним у ранній Сонячній системі. Моделі були розроблені таким чином, що згодом були відтворені небесні тіла, що відповідають чотирьом кам′янистим планетам – Меркурію, Венері, Землі та Марсу. Симуляції показали, що суміш безлічі різних планетезималей могла призвести до ефективного складу Землі. Понад те, склад Землі навіть є найбільш статистично ймовірним результатом цих симуляцій.
План для інших планет
"Хоча ми й підозрювали це, для нас цей результат дуже значущий", - згадує Соссі. "Тепер у нас є не тільки механізм, який краще пояснює утворення Землі, а й еталон для пояснення утворення інших кам′янистих планет", - каже дослідник. Цей механізм може бути використаний, наприклад, для прогнозування того, чим склад Меркурія відрізняється від складу інших кам′янистих планет. Або як можуть бути складені кам′янисті екзопланети навколо інших зірок.
"Наше дослідження показує, наскільки важливо враховувати як динаміку, так і хімію при спробі зрозуміти утворення планет", - зазначає Соссі. "Я сподіваюся, що наші результати приведуть до більш тісної співпраці між дослідниками у цих двох сферах".
! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.