Pământul și Marte s-au format din ciocnirea unor corpuri mari formate din materialele sistemului solar interior

Echipa internațională de cercetare a investigat compoziția izotopică a planetelor stâncoase din sistemul solar interior.

pământ și Marte S-a format dintr-o substanță care își are originea în mare parte în sistemul solar interior; Doar un mic procent din elementele de bază ale acestor două planete au apărut mai târziu Jupiterorbită. Un grup de cercetători condus de Dr Universitatea din Münster (Germania) Aceste rezultate au fost publicate pe 22 decembrie 2021 în jurnal progresul științei. Ele oferă cea mai cuprinzătoare comparație până în prezent a compoziției izotopice a Pământului și a lui Marte și materialele de construcție originale din sistemul solar interior și exterior. O parte din acest material este prezent și astăzi în mare parte neschimbat în meteoriți. Rezultatele studiului au consecințe de amploare pentru înțelegerea noastră a procesului care a format planetele Mercur, VenusPământul și Marte. Teoria conform căreia cele patru planete stâncoase au crescut până la dimensiunea lor actuală prin acumularea de pietricele de praf de dimensiuni milimetrice din sistemul solar exterior care nu au fost propulsate.

Cu aproximativ 4,6 miliarde de ani în urmă, în primele zile ale sistemului nostru solar, un disc de praf și gaz se învârtea în jurul tânărului soare. Două teorii descriu modul în care planetele interioare stâncoase s-au format de-a lungul a milioane de ani din acest material de construcție original. Conform vechii teorii, praful din sistemul solar interior s-a aglomerat în bucăți mai mari care ajung treptat la aproximativ dimensiunea lunii. Ciocnirea acestor embrioni planetari a rezultat în cele din urmă în planetele interioare Mercur, Venus, Pământ și Marte. Cu toate acestea, o teorie mai nouă favorizează un proces diferit de creștere: „pietriș” de praf de dimensiuni milimetrice care a migrat din sistemul solar exterior către soare. Pe drum, au fost stivuite pe embrionii planetelor din sistemul solar interior și i-au mărit treptat la dimensiunea lor actuală.

Cele patru planete terestre: Mercur, Venus, Pământ și Marte. Credit: NASA/Moon and Planetary Institute

Ambele teorii se bazează pe modele teoretice și simulări pe computer menite să reconstruiască condițiile și dinamica sistemului solar timpuriu; Ambele descriu o posibilă cale către formarea planetei. Dar care are dreptate? Ce proces s-a întâmplat de fapt? Pentru a răspunde la aceste întrebări, în studiul actual, cercetătorii de la Universitatea din Münster (Germania), Observatorul La Côte d’Azur (Franța), Institutul de Tehnologie din California (SUA), Muzeul de Istorie Naturală din Berlin (Germania) și Universitatea Liberă din Berlin (Germania) a identificat ) Compoziția exactă a planetelor stâncoase Pământ și Marte.

„Am vrut să aflăm dacă blocurile de construcție ale Pământului și Marte își au originea în sistemul solar exterior sau interior”, spune dr. Christoph Burckhardt de la Universitatea din Münster, primul autor al studiului. În acest scop, izotopii metalelor rare, cum ar fi titanul, zirconiul și molibdenul, găsiți în urme minuscule în straturile exterioare bogate în silicați ale ambelor planete oferă indicii importante. Izotopii sunt tipuri diferite ale aceluiași element, care diferă doar prin greutatea nucleelor ​​lor atomice.

Meteoriți pentru referință

Oamenii de știință presupun că în sistemul solar timpuriu acești izotopi metalici și alți nu erau distribuiti uniform. Mai degrabă, abundența sa depindea de distanța de la soare. Prin urmare, ei dețin informații prețioase despre locul în care blocurile de construcție ale unui anumit corp își au originea în sistemul solar timpuriu.

Ca referință pentru inventarul izotopic original al sistemului solar exterior și interior, cercetătorii au folosit două tipuri de meteoriți. Aceste bucăți de rocă și-au găsit în general drumul către Pământ din centura de asteroizi, zona dintre orbitele lui Marte și Jupiter. Sunt considerate în mare parte materiale originale de la începuturile sistemului solar. În timp ce așa-numitele condrite carbonice, care pot conține la fel de puțin carbon, au apărut în afara orbitei lui Jupiter și s-au mutat ulterior în centura de asteroizi datorită influenței giganților gazosi în creștere, verii lor mai sărăciți în carbon, condritele non-carbonate, sunt copii adevărați ai sistemului.solarium interior.

Elephant Moraine de meteorit marțian (EETA) 79001. Oamenii de știință au examinat aceștia și alți meteoriți marțieni în studiu. credit NASA/JSC

Compoziția izotopică exactă a straturilor de rocă accesibile de pe Pământ și cele ale celor două tipuri de meteoriți au fost studiate de ceva timp; Cu toate acestea, nu au existat analize relativ cuprinzătoare ale rocilor marțiane. În studiul lor actual, cercetătorii au examinat acum mostre dintr-un total de 17 meteoriți marțieni, care pot fi alocați la șase tipuri tipice de rocă marțiană. În plus, oamenii de știință au investigat pentru prima dată abundența a trei izotopi metalici diferiți.

Mostre de meteoriți marțieni au fost mai întâi scanate și supuse unui tratament chimic complex. Utilizarea asamblatorului multiplu plasmă Prin spectrometrie de masă de la Institutul de Științe Planetare de la Universitatea din Münster, cercetătorii au reușit apoi să detecteze urme de izotopi de titan, zirconiu și molibden. Apoi au efectuat simulări pe computer pentru a calcula proporția în care materialele de construcție găsite astăzi trebuie combinate în condrite carbonatate și necarbonice de pe Pământ și Marte pentru a reproduce structurile măsurate. Făcând acest lucru, ei au luat în considerare două etape diferite de acumulare pentru a explica istoria diferită a izotopilor de titan și zirconiu, precum și, respectiv, a izotopilor de molibden. Spre deosebire de titan și zirconiu, molibdenul se acumulează în principal în miezul metalic al planetei. Urmele care sunt prezente și astăzi în straturile exterioare bogate în silicați pot fi adăugate doar în ultima etapă de creștere a planetei.

Descoperirile cercetătorilor arată că straturile stâncoase exterioare ale Pământului și Marte au puține în comun cu condritele carbonice din Sistemul Solar exterior. Ele reprezintă doar aproximativ patru procente din blocurile originale ale ambelor planete. Profesorul Thorsten Klein de la Universitatea din Münster, care este și director al Institutului Max Planck pentru Cercetarea Sistemului Solar din Göttingen, spune: „Prin urmare, nu putem confirma această teorie a formării planetelor interioare”, adaugă el.

Lipsesc materiale de construcție

Dar compoziția Pământului și a lui Marte nu se potrivește nici cu cea a condritelor non-carbonoase. Simulările pe computer indică faptul că un alt tip de material de construcție ar trebui să funcționeze. „Compoziția izotopică a acestui al treilea tip de material de construcție, așa cum este dedusă de simulările noastre pe computer, indică faptul că trebuie să-și fi avut originea în regiunea cea mai interioară a Sistemului Solar”, explică Christoph Burckhardt. Deoarece obiectele din apropierea Soarelui nu au fost niciodată împrăștiate în centura de asteroizi, acest material a fost aproape complet absorbit în planetele interioare și, prin urmare, nu apare în meteoriți. „Sunt, ca să spunem așa, „materiale de construcție lipsă” la care nu mai avem acces direct astăzi”, spune Thorsten Kleine.

Descoperirea bruscă nu schimbă rezultatele studiului teoriei formării planetelor. Christoph Burckhardt concluzionează că „faptul că Pământul și Marte par să conțină în principal material din sistemul solar interior este foarte potrivit pentru formarea planetelor din ciocnirile unor corpuri mari din sistemul solar interior”.

Referință: „Formarea planetelor terestre din materialele pierdute ale sistemului solar interior” de Christoph Burckhardt, Fridolin Spitzer, Alessandro Morbidelli, Gerrit Bodd, Jan H. Rinder, Thomas S. Kroyer și Thorsten Klein, 22 decembrie 2021 Disponibil aici progresul științei.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj7601