Земля и Марс образовались в результате столкновения крупных тел из материалов внутренней солнечной системы.

Международная исследовательская группа исследовала изотопный состав каменистых планет внутренней Солнечной системы.

земля и Марс Он образовался из вещества, возникшего в основном во внутренней части Солнечной системы; Лишь небольшой процент основных строительных блоков этих двух планет возник позже. Юпитерорбита. Группа исследователей во главе с доктором Мюнстерский университет (Германия) Эти результаты опубликованы 22 декабря 2021 г. в журнале научный прогресс. Они обеспечивают наиболее полное на сегодняшний день сравнение изотопного состава Земли и Марса и исходных строительных материалов внутренней и внешней Солнечной системы. Часть этого материала до сих пор присутствует в метеоритах практически без изменений. Результаты исследования имеют далеко идущие последствия для нашего понимания процесса, который сформировал планеты Меркурий. ВенераЗемля и Марс. Теория о том, что четыре каменистые планеты выросли до своего нынешнего размера за счет накопления миллиметровых камешков пыли из внешних частей Солнечной системы, которые нельзя было двигать.

Примерно 4,6 миллиарда лет назад, в первые дни существования нашей Солнечной системы, диск из пыли и газа вращался вокруг молодого Солнца. Две теории описывают, как каменистые внутренние планеты формировались на протяжении миллионов лет из этого первоначального строительного материала. Согласно старой теории, пыль во внутренней части Солнечной системы собиралась на более крупные куски, постепенно достигая размеров нашей Луны. Столкновение этих планетных зародышей в конечном итоге привело к образованию внутренних планет Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Однако новая теория отдает предпочтение другому процессу роста: пыли миллиметрового размера «гравий», которая мигрировала из внешних областей Солнечной системы к Солнцу. По пути их укладывали на зародыши планет внутренней солнечной системы, и они постепенно увеличивали их до нынешнего размера.

Четыре планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Предоставлено: НАСА / Институт Луны и планет.

Обе теории основаны на теоретических моделях и компьютерном моделировании, направленном на реконструкцию условий и динамики ранней Солнечной системы; Оба описывают возможный путь к формированию планеты. Но какой из них правильный? Какой процесс на самом деле произошел? Чтобы ответить на эти вопросы, в текущем исследовании ученые из Мюнстерского университета (Германия), Обсерватории Лазурного берега (Франция), Калифорнийского технологического института (США), Музея естественной истории в Берлине (Германия) и Свободный университет Берлина (Германия) определил) Точный состав скалистых планет Земли и Марса.

«Мы хотели выяснить, произошли ли строительные блоки Земли и Марса во внешней или внутренней солнечной системе», — говорит доктор Кристоф Буркхардт из Мюнстерского университета, первый автор исследования. С этой целью изотопы редких металлов, таких как титан, цирконий и молибден, обнаруженные в мельчайших следах в богатых силикатом внешних слоях обеих планет, дают важные подсказки. Изотопы — это разные типы одного и того же элемента, которые различаются только массой их атомных ядер.

Метеориты для справки

Ученые предполагают, что в ранней Солнечной системе эти и другие металлические изотопы не были распределены равномерно. Скорее, его изобилие зависело от расстояния до солнца. Следовательно, они содержат ценную информацию о том, откуда в ранней Солнечной системе произошли строительные блоки конкретного тела.

В качестве эталона для первоначальной инвентаризации изотопов внешней и внутренней Солнечной системы исследователи использовали два типа метеоритов. Эти камни обычно попадали на Землю из пояса астероидов, области между орбитами Марса и Юпитера. Они в значительной степени считаются оригинальными материалами с самого начала Солнечной системы. В то время как так называемые углеродистые хондриты, которые могут содержать всего лишь углерода, возникли за пределами орбиты Юпитера и позже переместились в пояс астероидов из-за влияния растущих газовых гигантов и их более обедненных углеродом собратьев, некарбонатных хондритов. , являются настоящими детьми Солнечной системы.

Марсианский метеорит Слоновая морена (EETA) 79001. Ученые исследовали эти и другие марсианские метеориты в ходе исследования. кредит НАСА / АО

Точный изотопный состав наиболее удаленных доступных слоев горных пород с Земли и двух типов метеоритов изучается в течение некоторого времени; Однако относительно всестороннего анализа марсианских горных пород не проводилось. В своем текущем исследовании исследователи изучили образцы в общей сложности 17 марсианских метеоритов, которые можно отнести к шести типичным типам марсианских горных пород. Кроме того, ученые впервые исследовали содержание трех различных металлических изотопов.

Образцы марсианских метеоритов были сначала отсканированы и подвергнуты сложной химической обработке. Использование множественного ассемблера плазма С помощью масс-спектрометрии Института планетологии Мюнстерского университета исследователи смогли обнаружить следовые количества изотопов титана, циркония и молибдена. Затем они провели компьютерное моделирование, чтобы вычислить пропорцию, в которой найденные сегодня строительные материалы должны быть объединены в карбонатные и неуглеродные хондриты на Земле и Марсе, чтобы воспроизвести измеренные структуры. При этом они рассмотрели две разные стадии накопления, чтобы учесть различную историю изотопов титана и циркония, а также изотопов молибдена, соответственно. В отличие от титана и циркония, молибден накапливается в основном в металлическом ядре планеты. Незначительные количества, которые все еще присутствуют сегодня во внешних слоях, богатых силикатами, могут быть добавлены только на последней стадии роста планеты.

Выводы исследователей показывают, что внешние скальные слои Земли и Марса имеют мало общего с углеродистыми хондритами во внешней Солнечной системе. Они составляют лишь около четырех процентов от первоначальных строительных блоков обеих планет. Профессор Торстен Кляйн из Мюнстерского университета, который также является директором Института исследований солнечной системы Макса Планка в Геттингене, говорит: «Следовательно, мы не можем подтвердить эту теорию формирования внутренней планеты», — добавляет он.

Отсутствующие строительные материалы

Но состав Земли и Марса также не совсем соответствует составу неуглеродистых хондритов. Компьютерное моделирование показывает, что также должен использоваться другой тип строительного материала. «Изотопный состав этого третьего типа строительного материала, выведенный нашим компьютерным моделированием, указывает на то, что он, должно быть, возник в самой внутренней области Солнечной системы», — объясняет Кристоф Буркхардт. Поскольку объекты около Солнца никогда не были рассеяны в поясе астероидов, этот материал почти полностью поглощен внутренними планетами и, следовательно, не встречается в метеоритах. «Это, так сказать,« недостающие строительные материалы », к которым у нас больше нет прямого доступа», — говорит Торстен Кляйне.

Внезапное открытие не меняет результатов изучения теории образования планет. Кристоф Буркхардт заключает, что «тот факт, что Земля и Марс, кажется, содержат в основном материал из внутренней солнечной системы, хорошо подходит для образования планет в результате столкновений больших тел во внутренней солнечной системе».

Ссылка: «Формирование планет земной группы из утерянных материалов внутренней Солнечной системы» Кристофа Буркхардта, Фридолина Спитцера, Алессандро Морбиделли, Геррита Бодда, Яна Х. Риндера, Томаса С. Кройера и Торстена Кляйна, 22 декабря 2021 г. Доступно здесь научный прогресс.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj7601