Ученые выдвинули новую гипотезу о формировании Земли

На самом деле никто из нас не знает точно, как сформировалась наша планета. У нас есть общая идея, но более мелкие детали гораздо сложнее разгадать.

Фото из открытых источников

Существует общеизвестная модель, в соответствии с которой Земля образовалась в результате постепенного скопления астероидов. Однако даже здесь есть некоторые моменты, которые сложно объяснить.

Новое исследование, выявило новый процесс формирования, который гораздо более точно соответствует характеристикам Земли.

«Преобладающая теория в астрофизике и космохимии заключается в том, что Земля образовалась из хондритовых астероидов. Это относительно небольшие, простые блоки из камня и металла, которые сформировались на ранней стадии в Солнечной системе», - сказал планетолог Паоло Сосси из ETH Zurich в Швейцарии.

«Проблема с этой теорией заключается в том, что никакая смесь этих хондритов не может объяснить точный состав Земли, которая намного беднее легкими, летучими элементами, такими как водород и гелий, чем мы ожидали».

Процесс формирования планеты вызывает множество вопросов, но ученые смогли собрать воедино общую картину. Когда звезда формируется из плотного сгустка материи в молекулярном облаке пыли и газа в космосе, материал вокруг нее собирается в диск, который вращается по орбите и наматывается на растущую звезду.

Этот диск из пыли и газа не просто способствует росту растущей звезды – небольшие плотности внутри этого вихря также объединяются в более мелкие, более холодные скопления. Мелкие частицы сталкиваются и слипаются, сначала электростатически, затем гравитационно, образуя все большие и большие объекты, которые в конечном итоге могут превратиться в планету. Это называется аккреционной моделью, и она полностью подтверждается данными наблюдений.

Но если склеивающиеся камни являются хондритами, это оставляет открытым большой вопрос о недостающих более легких, летучих элементах.

Ученые выдвигали различные объяснения, включая тепло, выделяющееся во время столкновений, которое могло испарить некоторые из более легких элементов.

Это, однако, тоже не обязательно отслеживается: согласно недавней экспериментальной работе под руководством Сосси, тепло испарило бы более легкие изотопы элементов с меньшим количеством нейтронов. Но более легкие изотопы все еще присутствуют на Земле в примерно тех же соотношениях, что и в хондритах.

Сосси и его коллеги решили исследовать другую возможность потому, что породы, которые объединились, чтобы образовать Землю, были не хондритовыми астероидами из общей орбитальной окрестности Земли, а планетезималями. Это более крупные тела, «зародыши» планет, которые выросли до размеров, достаточно больших, чтобы иметь ядро.

«Динамические модели, с помощью которых мы моделируем формирование планет, показывают, что планеты в нашей Солнечной системе формировались постепенно. Маленькие зерна со временем превратились в планетезимали размером с километр, накапливая все больше и больше материала под действием своего гравитационного притяжения», - сказал Сосси.

«Более того, планетезимали, которые сформировались в разных областях вокруг молодого Солнца или в разное время, могут иметь очень разный химический состав».

Они провели моделирование N-го тела, изменяя такие переменные, как количество планетезималей по сценарию, в котором юпитер-младенец сначала приближается к Солнцу, а затем возвращается к своему текущему положению.
Согласно этому сценарию, движение Юпитера в ранней Солнечной системе оказало чрезвычайно возмущающее воздействие на более мелкие камни, вращающиеся вокруг, рассеивая планетезимали во внутренний диск.

Моделирование было разработано для создания внутренней Солнечной системы, которую мы видим сегодня: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Команда обнаружила, что разнообразная смесь планетезималей с различным химическим составом может воспроизвести Землю такой, какой мы ее видим сегодня. Фактически, Земля была наиболее вероятным результатом моделирования.

Это может иметь важные последствия не только для Солнечной системы и понимания изменяющегося состава скалистых планет в ней, но и для других планетных систем в других частях галактики.

«Несмотря на то, что мы подозревали это, мы все равно нашли этот результат очень замечательным. Теперь у нас есть не только механизм, который лучше объясняет образование Земли, но у нас также есть ссылка для объяснения образования других скалистых планет», - сказал Сосси.

«Наше исследование показывает, насколько важно учитывать как динамику, так и химию при попытке понять формирование планет. Я надеюсь, что наши результаты приведут к более тесному сотрудничеству между исследователями в этих двух областях».

Исследование команды было опубликовано в Nature Astronomy.