Происхождение планет: оказывается, Земля и Марс сформировались из материала внутренней части Солнечной системы
Земля и Марс были сформированы из материала, который в основном возник во внутренней части Солнечной системы; лишь несколько процентов материалов этих двух планет возникли за пределами орбиты Юпитера.
На заре нашей Солнечной системы (примерно 4,6 миллиарда лет назад), вокруг молодого Солнца вращался диск из пыли и газа. В течение миллионов лет из этого первоначального строительного материала сформировались внутренние каменистые планеты. Согласно довольно старой теории, пыль во внутренней части Солнечной системы собиралась во все более крупные кусочки, которые постепенно достигли размера нашей Луны. Такие кусочки сталкивались, в результате чего образовались внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс.
Более новая теория предполагает другой процесс роста. Вероятно, пылевые «камешки» миллиметрового размера двигались из внешней Солнечной системы в сторону Солнца. По пути они «прикреплялись» к «заготовкам» планет внутри Солнечной системы и так, шаг за шагом, размеры будущих планет росли до нынешних размеров.
Ученые предполагают, что в ранней Солнечной системе изотопы металлов не были распределены равномерно — обилие тех или иных элементов зависело от расстояния до Солнца. Поэтому именно изотопы металлов содержат ценную информацию о том, откуда в ранней Солнечной системе взялись строительные блоки того или иного тела.
В качестве эталона для составления первоначального «изотопного состава» внешней и внутренней Солнечной системы исследователи использовали два типа метеоритов. Они обычно попадают на Землю из пояса астероидов и считаются в целом нетронутыми с момента зарождения Солнечной системы. Если углеродистые хондриты, содержащие до нескольких процентов углерода, возникли за орбитой Юпитера переместились в пояс астероидов позднее под влиянием растущих газовых гигантов, то их бедные углеродом родственники, неуглеродистые хондриты, истинные жители внутренней Солнечной системы.
Сравнительно полного анализа марсианских пород, в отличие от земных, не проводилось. Однако ученые изучили образцы 17 марсианских метеоритов и выделили шесть типов марсианских пород. Более того — в этих породах впервые исследовали содержание трех различных изотопов металлов.
Как же проводят такое исследование? Образцы марсианских метеоритов измельчили в порошок и подвергли сложной химической обработке. Используя многоколлекторный плазменный масс-спектрометр, исследователи обнаружили крошечные количества изотопов титана, циркония и молибдена.
Далее они провели компьютерное моделирование — рассчитывалось соотношение, в котором строительный материал, найденный в углеродистых и неуглеродистых хондритах, должен был попасть в состав Земли и Марса. Во внимание приняли обе теории, что мы изложили выше — требовалось проверить обе модели аккреции, чтобы объяснить различную историю изотопов титана, циркония и молибдена.
В отличие от титана и циркония, молибден накапливается в основном в металлическом ядре планеты. Поэтому те крошечные количества, которые сегодня еще встречаются в богатых силикатом внешних слоях, могли появиться только на самой последней стадии роста планеты.
Внешние слои пород Земли и Марса имеют мало общего с углеродистыми хондритами внешней части Солнечной системы. На их долю приходится лишь около четырех процентов исходных строительных блоков обеих планет. Выходит, если бы ранние Земля и Марс аккрецировали зерна пыли из внешней Солнечной системы, искомое значение должно было быть в десять раз выше.
Но при этом состав Земли и Марса также не совсем соответствует материалу неуглеродистых хондритов. Компьютерное моделирование показало, что не хватает другого строительный материала, который должен был возникнуть во внутренней части Солнечной системы. Но поскольку тела, находящиеся в такой близости от Солнца, почти никогда не рассеивались в поясе астероидов, этот материал был почти полностью поглощен внутренними планетами — в метеоритах он не встречается. Но и у ученых нет понимания, что это за материал.
Тем не менее, следует заметить, что содержание Землей и Марсом материала из внутренней Солнечной системы, хорошо согласуется с теорией формирования планет в результате столкновений крупных тел во внутренней Солнечной системе.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
