Земля и Марс формировались по-разному: новое исследование меняет взгляд на рождение планет
Земля и Марс сформировались разными путями, хотя и возникли в одной и той же области протопланетного диска около 4,5 миллиарда лет назад. К такому выводу пришла международная команда исследователей из Университета Копенгагена. Их работа, опубликованная в журнале Nature Astronomy, предлагает новое объяснение тому, как формировались каменистые планеты Солнечной системы [1].
Два пути формирования планет
Согласно теории туманности, Солнечная система образовалась из массивного аккреционного диска газа и пыли. Однако до сих пор учёные спорили о том, как именно формировались планеты. Существовало два основных сценария. Первый: планеты вырастали из столкновений крупных каменных тел — планетезималей. Второй: они набирали массу за счёт постепенного накопления мелких частиц, или «гальки» [1].
Новое исследование под руководством доцента Хайяна С. Вана и профессора Андерса Йохансена предлагает гибридную модель. Оказалось, что оба механизма работали одновременно, но их вклад в формирование Земли и Марса оказался принципиально разным [2].
Химический след в мантии
Чтобы заглянуть в прошлое, исследователи использовали необычный подход. Они проанализировали содержание летучих элементов — натрия, цинка и калия — в мантии и коре Земли и Марса. Эти элементы испаряются при высоких температурах, поэтому их количество сегодня может рассказать о том, какие процессы планета пережила при рождении [1].
«Это как масштабное детективное расследование, — объяснил Йохансен. — Большая часть доказательств давно исчезла. Но даже спустя 4,5 миллиарда лет состав мантии Земли и Марса остаётся неизменным. Его можно рассматривать как отпечаток процесса формирования» [2].
Земля: два зародыша и «галька»
Согласно результатам моделирования, не менее 75% массы Земли происходит от двух молодых протопланет, которые выросли за счёт аккреции мелких частиц. Планетезимали внесли лишь до 25% массы [2].
Это означает, что Земля начала формироваться как два крупных зародыша, которые поглощали «гальку» из окружающего диска. Такой механизм позволяет планете расти быстро и эффективно [17].
Марс: мир планетезималей
История Марса оказалась почти обратной. Около трёх четвертей его массы пришлось на столкновения планетезималей. И лишь оставшаяся четверть — на аккрецию мелких частиц [2].
«Самым удивительным результатом стало то, что Земля и Марс, похоже, сформировались разными способами, — отметил Ван. — Можно было ожидать, что две планеты, образовавшиеся бок о бок в одной системе, будут иметь более схожую историю» [1].
Почему это важно для поиска жизни
Понимание путей формирования каменистых планет помогает учёным в поиске обитаемых экзопланет. Летучие элементы, такие как вода, напрямую связаны с тем, сможет ли планета поддерживать жизнь [2].
«Если мы поймём, как планеты теряют летучие элементы при формировании, мы сможем лучше предсказывать, сколько воды и других жизненно важных веществ они в итоге сохранят», — сказал Йохансен [2].
В ближайшие десятилетия эту задачу помогут решить новые телескопы. Nancy Grace Roman Space Telescope уже запущен и имеет поле зрения в 100 раз больше, чем у Hubble. А Habitable Worlds Observatory, который планируется к запуску в 2040-х годах, сможет определять химический состав атмосфер экзопланет с беспрецедентной точностью [1].
Ограничения исследования
Сами авторы подчёркивают, что их выводы основаны на статистическом моделировании и содержат неопределённости. В частности, неизвестен точный химический состав исходного аккреционного диска. Кроме того, учёные предполагали, что планетезимали по составу были похожи на астероид Веста. Однако, по словам Вана, даже с учётом этих допущений главный вывод остаётся неизменным: Земля и Марс формировались по-разному [1].
Список источников
- New Study Shows That Earth and Mars Had Different Origins — Universe Today (Автор: Matthew Williams)
- Earth and Mars: Built from different cosmic recipes — Phys.org
- A 4.5-billion-year-old secret: Why does Earth have life, while Mars remains a great mystery? — Vietnam.vn
- Volatile depletion in rocky planets as a chemical fingerprint of hybrid accretion — Nature Astronomy
- Exploring late accretion’s role in terrestrial planet evolution — Phys.org
