Phoebe Newman 
Międzynarodowy zespół badawczy zbadał skład izotopowy planet skalistych w wewnętrznym Układzie Słonecznym.
ziemia i Mars Został utworzony z substancji, która pochodzi głównie z wewnętrznego Układu Słonecznego; Tylko niewielki procent podstawowych elementów budulcowych tych dwóch planet powstał później Jowiszorbita. Grupa badaczy kierowana przez Dr Uniwersytet w Münsterze (Niemcy) Wyniki te zostały opublikowane 22 grudnia 2021 r. w czasopiśmie postęp naukowy. Dostarczają one najbardziej kompleksowego do tej pory porównania składu izotopowego Ziemi i Marsa oraz oryginalnych materiałów budowlanych z wewnętrznego i zewnętrznego Układu Słonecznego. Część tego materiału jest nadal obecna w meteorytach w dużej mierze niezmieniona. Wyniki badań mają daleko idące konsekwencje dla naszego zrozumienia procesu, który uformował planety Merkury, WenusZiemia i Mars. Teoria głosząca, że cztery skaliste planety urosły do swoich obecnych rozmiarów, gromadząc milimetrowe kamyki pyłu z zewnętrznego Układu Słonecznego, które nie były napędzane.
Około 4,6 miliarda lat temu, we wczesnych dniach naszego Układu Słonecznego, wokół młodego Słońca krążył dysk pyłowo-gazowy. Dwie teorie opisują, jak skaliste planety wewnętrzne formowały się przez miliony lat z tego oryginalnego materiału budowlanego. Zgodnie ze starą teorią pył w wewnętrznym Układzie Słonecznym aglomerował się w większe kawałki, które stopniowo osiągały mniej więcej rozmiar księżyca. Zderzenie tych planetarnych embrionów ostatecznie doprowadziło do powstania planet wewnętrznych Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa. Jednak nowsza teoria faworyzuje inny proces wzrostu: milimetrowy „żwir” pyłu, który migrował z zewnętrznego Układu Słonecznego w kierunku Słońca. Po drodze zostały ułożone na embrionach planet w wewnętrznym Układzie Słonecznym i stopniowo powiększały je do obecnego rozmiaru.
Cztery planety ziemskie: Merkury, Wenus, Ziemia i Mars. Źródło: NASA/Instytut Księżyca i Planety
Obie teorie opierają się na modelach teoretycznych i symulacjach komputerowych mających na celu rekonstrukcję warunków i dynamiki we wczesnym Układzie Słonecznym; Oba opisują możliwą ścieżkę do powstania planet. Ale który z nich jest właściwy? Jaki proces faktycznie się wydarzył? Aby odpowiedzieć na te pytania, w bieżącym badaniu naukowcy z Uniwersytetu w Münster (Niemcy), Obserwatorium Lazurowego Wybrzeża (Francja), Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego (USA), Muzeum Historii Naturalnej w Berlinie (Niemcy) oraz Wolny Uniwersytet w Berlinie (Niemcy) zidentyfikował ) Dokładny skład planet skalistych Ziemi i Marsa.
„Chcieliśmy dowiedzieć się, czy elementy budulcowe Ziemi i Marsa pochodzą z zewnętrznego czy wewnętrznego Układu Słonecznego” – mówi dr Christoph Burckhardt z Uniwersytetu w Münster, pierwszy autor badania. W tym celu ważne wskazówki dostarczają izotopy rzadkich metali, takich jak tytan, cyrkon i molibden, znajdujące się w niewielkich śladach w bogatych w krzemiany zewnętrznych warstwach obu planet. Izotopy to różne typy tego samego pierwiastka, różniące się jedynie masą jąder atomowych.
Meteoryty w celach informacyjnych
Naukowcy zakładają, że we wczesnym Układzie Słonecznym te i inne metaliczne izotopy nie były rozmieszczone równomiernie. Jego obfitość zależała raczej od odległości od słońca. Dlatego zawierają cenne informacje o tym, skąd wzięły się elementy budulcowe danego ciała we wczesnym Układzie Słonecznym.
Jako odniesienie do oryginalnej inwentaryzacji izotopowej zewnętrznego i wewnętrznego Układu Słonecznego, naukowcy wykorzystali dwa rodzaje meteorytów. Te kawałki skały zwykle trafiały na Ziemię z pasa asteroid, obszaru pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza. Są w dużej mierze uważane za oryginalne materiały z początków Układu Słonecznego. Podczas gdy tak zwane chondryty węglowe, które mogą zawierać tylko węgiel, powstały poza orbitą Jowisza, a później przeniosły się do pasa asteroid pod wpływem rosnących gazowych olbrzymów, ich bardziej ubogi w węgiel kuzyni, chondryty niewęglanowe, są prawdziwe dzieci systemu solarium wewnętrzne.
Marsjański meteoryt słonia Moraine (EETA) 79001. Naukowcy zbadali te i inne marsjańskie meteoryty w ramach badań. kredyt NASA/JSC
Dokładny skład izotopowy najbardziej zewnętrznych dostępnych warstw skalnych z Ziemi i tych dwóch typów meteorytów był badany od pewnego czasu; Nie było jednak stosunkowo kompleksowych analiz skał marsjańskich. W swoich bieżących badaniach naukowcy przeanalizowali próbki z łącznie 17 meteorytów marsjańskich, które można przypisać do sześciu typowych typów skał marsjańskich. Ponadto naukowcy po raz pierwszy zbadali obfitość trzech różnych izotopów metali.
Próbki meteorytów marsjańskich zostały najpierw zeskanowane i poddane złożonej obróbce chemicznej. Korzystanie z wielu asemblerów osocze Spektrometria mas w Instytucie Nauk Planetarnych na Uniwersytecie w Münster umożliwiła naukowcom wykrycie śladowych ilości izotopów tytanu, cyrkonu i molibdenu. Następnie przeprowadzili symulacje komputerowe, aby obliczyć proporcję, w jakiej znalezione obecnie materiały budowlane muszą być połączone w chondryty węglanowe i niewęglowe na Ziemi i Marsie w celu odtworzenia zmierzonych struktur. W ten sposób rozważyli dwa różne etapy akumulacji, aby wyjaśnić odmienną historię odpowiednio izotopów tytanu i cyrkonu oraz izotopów molibdenu. W przeciwieństwie do tytanu i cyrkonu, molibden gromadzi się głównie w metalowym jądrze planety. Śladowe ilości, które do dziś są obecne w bogatych w krzemiany warstwach zewnętrznych, można dodać dopiero na ostatnim etapie rozwoju planety.
Odkrycia naukowców pokazują, że zewnętrzne skaliste warstwy Ziemi i Marsa mają niewiele wspólnego z węglowymi chondrytami w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Stanowią one tylko około czterech procent oryginalnych elementów budulcowych obu planet. Profesor Thorsten Klein z Uniwersytetu w Münster, który jest również dyrektorem Instytutu Badań Układu Słonecznego im. Maxa Plancka w Getyndze, mówi: „Dlatego nie możemy potwierdzić tej teorii powstawania planet wewnętrznych” – dodaje.
Brakujące materiały budowlane
Ale skład Ziemi i Marsa również nie do końca odpowiada składowi chondrytów niewęglowych. Symulacje komputerowe wskazują, że powinien być stosowany również inny rodzaj materiału budowlanego. „Skład izotopowy tego trzeciego rodzaju materiału budowlanego, jaki wywnioskowały nasze symulacje komputerowe, wskazuje, że musiał on pochodzić z najbardziej wewnętrznego obszaru Układu Słonecznego” – wyjaśnia Christoph Burckhardt. Ponieważ obiekty w pobliżu Słońca nigdy nie były rozproszone w pasie asteroid, materiał ten został prawie całkowicie wchłonięty przez planety wewnętrzne i dlatego nie występuje w meteorytach. „To, że tak powiem, „brakujące materiały budowlane”, do których nie mamy już bezpośredniego dostępu – mówi Thorsten Kleine.
Nagłe odkrycie nie zmienia wyników badań nad teorią powstawania planet. Christoph Burckhardt konkluduje, że „fakt, że Ziemia i Mars wydają się zawierać głównie materię z wewnętrznego Układu Słonecznego, dobrze nadaje się do formowania się planet w wyniku zderzeń dużych ciał w wewnętrznym Układzie Słonecznym”.
Odniesienie: „The Formation of Terrestrial Planet from the Lost Inner Solar System Materials” Christoph Burckhardt, Fridolin Spitzer, Alessandro Morbidelli, Gerrit Bodd, Jan H. Rinder, Thomas S. Kroyer i Thorsten Klein, 22 grudnia 2021 r. Dostępne tutaj postęp naukowy.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj7601
