Земля и Марс были сформированы из материала, большая часть которого возникла во внутренней части Солнечной системы — только несколько процентов строительных блоков этих двух планет возникли за пределами орбиты Юпитера. Группа исследователей во главе с Мюнстерским университетом (Германия) сообщает об этих выводах в журнале Science Advances. Они представляют собой наиболее полное на сегодняшний день сравнение изотопного состава Земли, Марса и нетронутого строительного материала внутренней и внешней Солнечной системы. Некоторое количество этого материала сегодня все еще находится в метеоритах в неизмененном виде. Результаты исследования имеют далеко идущие последствия для нашего понимания процесса, который сформировал планеты Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Теория, утверждающая, что четыре каменистые планеты выросли до своего нынешнего размера за счет накопления гальки пыли миллиметрового размера из внешних частей Солнечной системы, несостоятельна.
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 в течение миллионов лет внутренние каменистые планеты сформировались из этого первоначального строительного материала. Согласно более старой теории, пыль во внутренней части Солнечной системы собиралась во все более крупные куски, постепенно достигающие размеров нашей Луны. Столкновения этих планетарных зародышей в конечном итоге породили внутренние планеты Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Однако более новая теория предпочитает другой процесс роста: пылевые "камешки" миллиметрового размера мигрировали из внешних областей Солнечной системы к Солнцу. По пути они аккрецировались на планетарных зародышах внутренней Солнечной системы и шаг за шагом увеличивали их до нынешних размеров.
Обе теории основаны на теоретических моделях и компьютерном моделировании, направленном на реконструкцию условий и динамики ранней Солнечной системы; оба описывают возможный путь формирования планеты. Но какой из них правильный? Какой процесс действительно имел место? Чтобы ответить на эти вопросы, в своем текущем исследовании ученые из Мюнстерского университета (Германия) определили точный состав каменистых планет Земли и Марса.
Ученые предполагают, что в ранней Солнечной системе эти и другие изотопы металлов не были равномерно распределены. Скорее, их количество зависело от расстояния до Солнца. Поэтому они содержат ценную информацию о том, где в ранней Солнечной системе произошли определенные строительные блоки тела.
В качестве ориентира для первоначальной инвентаризации изотопов внешней и внутренней Солнечной системы исследователи использовали два типа метеоритов. Эти глыбы обычно попадали на Землю из пояса астероидов, области между орбитами Марса и Юпитера. Они считаются в значительной степени нетронутым материалом с момента зарождения Солнечной системы. В то время как так называемые углеродистые хондриты, которые могут содержать до нескольких процентов углерода, возникли за пределами орбиты Юпитера и только позже переместились в пояс астероидов из-за влияния растущих газовых гигантов, их более обедненных углеродом собратьев, неуглеродистых хондритов, являются истинными детьми внутренней Солнечной системы.
Точный изотопный состав доступных внешних слоев горных пород Земли и обоих типов метеоритов изучается в течение некоторого времени. Однако сравнительно исчерпывающий анализ марсианских горных пород не проводился. 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 изотопов металлов.
Образцы марсианских метеоритов сначала были измельчены и подвергнуты комплексной химической обработке. Использование мультиколлекторной плазмы масс-спектрометра Института планетологии Мюнстерского университета исследователи смогли обнаружить крошечные количества изотопов титана, циркония и молибдена. Затем они выполнили компьютерное моделирование, чтобы вычислить соотношение, в котором строительный материал, обнаруживаемый сегодня в углеродистых и неуглеродистых хондритах, должен был быть включен в состав Земли и Марса, чтобы воспроизвести их измеренный состав. При этом они рассмотрели две разные фазы аккреции, чтобы объяснить 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.
Результаты исследователей показывают, что внешние слои горных пород Земли и Марса имеют мало общего с углеродистыми хондритами внешней Солнечной системы. На их долю приходится всего около четырех процентов первоначальных строительных блоков обеих планет.
Но состав Земли и Марса также не совсем соответствует материалу неуглеродистых хондритов. Компьютерное моделирование предполагает, что в игре должен был присутствовать и другой, другой вид строительного материала. Поскольку тела из такой непосредственной близости к Солнцу почти никогда не рассеивались в поясе астероидов, этот материал почти полностью поглощался внутренними планетами и, следовательно, не встречается в метеоритах.
Удивительная находка не меняет последствий исследования для теории образования планет. Тот факт, что Земля и Марс, по-видимому, содержат в основном материал из внутренней части Солнечной системы, хорошо согласуется с формированием планет в результате столкновений крупных тел во внутренней части Солнечной системы.
