Аннотация:
Около 4,5 миллиардов лет назад Земля и Марс возникли вместе из облаков газа и пыли, вращающихся вокруг молодого Солнца. Однако новое исследование показывает, что, хотя две соседние планеты сформировались в одной солнечной системе, они могли испытывать совершенно разные процессы роста.
В исследовании, проведенном исследовательской группой из Копенгагенского университета в Дании, было высказано предположение, что Земля и Марс не были сформированы с помощью одинаковых механизмов накопления материала, а опирались на разные «рецепты сырья» в процессе роста планеты. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Андерс Йохансен, один из руководителей исследования и профессор Института глобальных исследований Копенгагенского университета, сказал, что самым удивительным открытием является то, что Земля и Марс, похоже, приняли разные способы формирования. Интуитивно понятно, что две планеты, образовавшиеся в одной солнечной системе и в соседних регионах, должны иметь более схожую историю роста.
В настоящее время планетологическое сообщество в целом считает, что каменистые планеты образуются в основном двумя способами. Один из них — это процесс, называемый «столкновением планетарных тел», при котором большие каменистые объекты продолжают сталкиваться и сливаться; другой — «нарастание гальки», при котором более крупные объекты продолжают захватывать большое количество более мелких частиц и постепенно расти. Многие исследования полагают, что реальная ситуация может быть результатом сочетания двух механизмов.
Новые исследования подтверждают эту гибридную модель, но предполагают, что Земля и Марс по-разному полагаются на эти два механизма.
Ван Хайян, первый автор исследования и доцент Копенгагенского университета, заявил, что результаты исследования показывают, что по меньшей мере 75% массы Земли приходится на две молодые протопланеты, и эти протопланеты в основном растут и растут за счет аккреции большого количества крошечных частиц-"камешков". Столкновения планетезималей составляют около 25% оставшейся массы Земли.
Напротив, путь формирования Марса демонстрирует почти противоположную тенденцию. По оценкам исследовательской группы, около 75% массы Марса образуется в результате столкновения и слияния планетезимальных тел, в то время как вклад нарастания гальки составляет лишь около четверти.
Чтобы восстановить историю формирования миллиарды лет назад, исследовательская группа не полагалась на традиционное астродинамическое моделирование, а искала подсказки в химических характеристиках, которые Земля и Марс сохраняют сегодня.
Исследователи сосредоточились на анализе летучих элементов в коре и мантии двух планет, включая натрий, цинк и калий. Эти элементы легко испаряются при высоких температурах, поэтому их нынешние уровни отражают историю нагрева и эволюции планеты во время ее формирования.
Затем команда сравнила эти химические характеристики с компьютерным моделированием, чтобы проверить, могут ли различные модели формации воспроизвести распределение элементов, наблюдаемое сегодня.
Джонсон заявил, что эта работа, по сути, представляет собой «космическое детективное расследование», охватывающее 4,5 миллиарда лет. Хотя большая часть первоначальных свидетельств давно исчезла, химический состав мантий Земли и Марса все еще сохраняет следы их формирования и может рассматриваться как «отпечатки пальцев» ранних эволюционных процессов.
Исследователи отметили, что в нынешней модели все еще существуют определенные неопределенности, поскольку научное сообщество еще не знает точный состав всех исходных материалов на ранних этапах формирования Солнечной системы. Но даже при тестировании с разными предположениями результаты неоднократно указывают на один и тот же вывод: Земля и Марс, вероятно, следовали разными путями роста.
Исследовательская группа считает, что это открытие не только помогает объяснить, почему существуют огромные различия между планетами Солнечной системы, но также может стать важным источником информации для изучения каменистых планет вокруг других звезд. Понимая, как различные механизмы формирования формируют планетарную структуру и состав, ученые смогут более точно определить в будущем, какие экзопланеты обладают эволюционным потенциалом, подобным Земле, и есть ли у них условия для поддержания жизни.
Комментарии