Формирование планет долгое время объясняли двумя классическими гипотезами. Первая предполагает, что мелкие пылевые частицы слипались в гальку, а та, в свою очередь, собиралась в крупное тело. Вторая гипотеза опирается на столкновения крупных каменных тел — планетезималей, которые после соударения объединялись в протопланеты.
Формирование Земли и Марса шло совершенно разными путями
Земля и Марс образовались примерно 4,5 миллиарда лет назад, но их химический состав указывает на разные механизмы формирования. Новое исследование с помощью метода летучих элементов и моделирования показывает, что в молодой Солнечной системе эволюция разных планет сильно отличалась, даже если они соседки.
Вид на поверхность Марса, снятый посадочным модулем Mars Pathfinder. NASA
Метод анализа летучих элементов может рассказать не только на происхождение планет, но и на появление их спутников. В частности, гигантское столкновение молодой Земли с протопланетой размером с Марс, в результате которого образовалась Луна, сопровождалось колоссальным выделением тепла. Из-за невероятных температур будущие лунные породы потеряли почти все летучие вещества, сделав Луну одной из самых «сухих» среди крупных тел во всей Солнечной системе.
Художественное изображение столкновения двух небесных тел. Вероятно, именно в результате такого столкновения Земли с объектом размером с Марс и образовалась Луна.
Чтобы выяснить, какой из путей оказался решающим для внутренних планет Солнечной системы, международная группа ученых провела детальный анализ мантии и коры Земли и Марса. Исследователи сосредоточились на летучих химических элементах, среди которых натрий, цинк и калий. Поскольку эти вещества легко испаряются при высоких температурах, их сохранение или утрата служит своеобразным следом тепловых процессов и катаклизмов, сопровождавших рост небесного тела.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Ученые заложили данные о химическом составе обеих планет в компьютерные модели, чтобы проверить точность существующих теорий. Моделирование показало, что обе планеты формировались по гибридному сценарию, но их строительный материал распределялся противоположным образом. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
Как росли планеты
На иллюстрации изображены Земля (слева) и Марс (справа) — соседние планеты, имеющие разное строение.
Компьютерные расчеты продемонстрировали, что не менее 75% массы Земли образовалось благодаря захвату гальки, и лишь оставшиеся 25% принесли столкновения с планетезималями. У Марса пропорция оказалась обратной: около 75% его массы сформировали именно планетезимали, и только 25% пришлись на присоединение гальки. Это отличие объясняет разницу в их структуре и составе.
Компьютерные модели универсальны: в перспективе их можно применять для анализа далеких экзопланет, вращающихся вокруг других звезд. Понимание того, как планеты теряют или сохраняют летучие вещества на ранних этапах, позволит ученым точнее оценивать запасы воды и других критически важных для жизни элементов на обнаруженных далеких мирах.
«Самым неожиданным результатом стало то, что Земля и Марс, похоже, сформировались разными путями, — отметил соавтор исследования Андерс Йохансен, профессор планетных наук из Копенгагенского университета. — Можно было ожидать, что две планеты, возникшие рядом в одной и той же системе, будут иметь более схожую историю формирования, но это не так».
Загружаем