Η Γη και ο Άρης σχηματίστηκαν από τη σύγκρουση μεγάλων σωμάτων κατασκευασμένων από υλικά του εσωτερικού ηλιακού συστήματος

Η διεθνής ερευνητική ομάδα ερεύνησε την ισοτοπική σύνθεση βραχωδών πλανητών στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα.

γη και Άρης Σχηματίστηκε από μια ουσία που προέρχεται σε μεγάλο βαθμό από το εσωτερικό ηλιακό σύστημα. Μόνο ένα μικρό ποσοστό των βασικών δομικών στοιχείων αυτών των δύο πλανητών προήλθε αργότερα Ζεύςτροχιά. Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Δρ Πανεπιστήμιο του Münster (Γερμανία) Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στις 22 Δεκεμβρίου 2021 στο περιοδικό πρόοδος της επιστήμης. Παρέχουν την πιο ολοκληρωμένη μέχρι σήμερα σύγκριση της ισοτοπικής σύνθεσης της Γης και του Άρη και των αρχικών δομικών υλικών από το εσωτερικό και το εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Κάποιο από αυτό το υλικό εξακολουθεί να υπάρχει σήμερα σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητο στους μετεωρίτες. Τα αποτελέσματα της μελέτης έχουν εκτεταμένες συνέπειες για την κατανόησή μας για τη διαδικασία που σχημάτισε τους πλανήτες Ερμή, ΑφροδίτηΓη και Άρης. Η θεωρία ότι οι τέσσερις βραχώδεις πλανήτες μεγάλωσαν στο σημερινό τους μέγεθος συσσωρεύοντας βότσαλα σκόνης μεγέθους χιλιοστού από το εξωτερικό ηλιακό σύστημα που δεν ήταν προωθούμενα.

Περίπου πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, στις πρώτες μέρες του ηλιακού μας συστήματος, ένας δίσκος σκόνης και αερίου περιφερόταν γύρω από τον νεαρό ήλιο. Δύο θεωρίες περιγράφουν πώς σχηματίστηκαν οι βραχώδεις εσωτερικοί πλανήτες για εκατομμύρια χρόνια από αυτό το αρχικό οικοδομικό υλικό. Σύμφωνα με την παλιά θεωρία, η σκόνη στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα έχει συσσωματωθεί σε μεγαλύτερα κομμάτια, φτάνοντας σταδιακά περίπου στο μέγεθος του φεγγαριού μας. Η σύγκρουση αυτών των πλανητικών εμβρύων είχε τελικά ως αποτέλεσμα τους εσωτερικούς πλανήτες Ερμή, Αφροδίτη, Γη και Άρη. Ωστόσο, μια νεότερη θεωρία ευνοεί μια διαφορετική διαδικασία ανάπτυξης: «χαλίκι» σκόνης μεγέθους χιλιοστού που μετανάστευσε από το εξωτερικό ηλιακό σύστημα προς τον ήλιο. Στο δρόμο τους στοιβάζονταν στα έμβρυα των πλανητών στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα και σταδιακά τα μεγάλωσαν στο σημερινό τους μέγεθος.

Οι τέσσερις επίγειοι πλανήτες: Ερμής, Αφροδίτη, Γη και Άρης. Πίστωση: NASA/Σελήνη και Πλανητικό Ινστιτούτο

Και οι δύο θεωρίες βασίζονται σε θεωρητικά μοντέλα και προσομοιώσεις υπολογιστή που στοχεύουν στην ανακατασκευή των συνθηκών και της δυναμικής στο πρώιμο ηλιακό σύστημα. Και οι δύο περιγράφουν μια πιθανή διαδρομή προς το σχηματισμό πλανητών. Ποιο όμως έχει δίκιο; Τι διαδικασία συνέβη τελικά; Για να απαντηθούν αυτά τα ερωτήματα, στην τρέχουσα μελέτη ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Münster (Γερμανία), το Παρατηρητήριο La Côte d’Azur (Γαλλία), το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (ΗΠΑ), το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας στο Βερολίνο (Γερμανία) και το Ελεύθερο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου (Γερμανία) εντόπισε ) Η ακριβής σύνθεση των βραχωδών πλανητών Γη και Άρης.

«Θέλαμε να μάθουμε αν τα δομικά στοιχεία της Γης και του Άρη προέρχονται από το εξωτερικό ή το εσωτερικό ηλιακό σύστημα», λέει ο Δρ Christoph Burckhardt από το Πανεπιστήμιο του Münster, πρώτος συγγραφέας της μελέτης. Για το σκοπό αυτό, ισότοπα σπάνιων μετάλλων όπως το τιτάνιο, το ζιρκόνιο και το μολυβδαίνιο που βρίσκονται σε ελάχιστα ίχνη στα πλούσια σε πυριτικά εξωτερικά στρώματα και των δύο πλανητών παρέχουν σημαντικές ενδείξεις. Τα ισότοπα είναι διαφορετικοί τύποι του ίδιου στοιχείου, που διαφέρουν μόνο ως προς το βάρος των ατομικών τους πυρήνων.

Μετεωρίτες για αναφορά

Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι στο πρώιμο ηλιακό σύστημα αυτά και άλλα μεταλλικά ισότοπα δεν ήταν ομοιόμορφα κατανεμημένα. Μάλλον, η αφθονία του εξαρτιόταν από την απόσταση από τον ήλιο. Ως εκ τούτου, διαθέτουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με το πού προήλθαν τα δομικά στοιχεία ενός συγκεκριμένου σώματος στο πρώιμο ηλιακό σύστημα.

Ως αναφορά για την αρχική ισοτοπική απογραφή του εξωτερικού και του εσωτερικού ηλιακού συστήματος, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δύο τύπους μετεωριτών. Αυτά τα κομμάτια βράχου γενικά βρήκαν το δρόμο τους προς τη Γη από τη ζώνη των αστεροειδών, την περιοχή μεταξύ των τροχιών του Άρη και του Δία. Θεωρούνται σε μεγάλο βαθμό πρωτότυπα υλικά από τις απαρχές του ηλιακού συστήματος. Ενώ οι λεγόμενοι ανθρακούχοι χονδρίτες, οι οποίοι μπορούν να περιέχουν τόσο λίγο άνθρακα, προήλθαν έξω από την τροχιά του Δία και αργότερα μετακινήθηκαν στη ζώνη των αστεροειδών λόγω της επιρροής των αυξανόμενων γιγάντων αερίων και των ξαδέρφων τους με περισσότερη εξάντληση άνθρακα, τους μη ανθρακικούς χονδρίτες , είναι αληθινά παιδιά του Ηλιακού Συστήματος.εσωτερικά.

The Martian Meteorite Elephant Moraine (EETA) 79001. Οι επιστήμονες εξέτασαν αυτούς και άλλους αρειανούς μετεωρίτες στη μελέτη. πίστωση NASA/JSC

Η ακριβής ισοτοπική σύσταση των πιο απομακρυσμένων στρωμάτων πετρωμάτων από τη Γη και των δύο τύπων μετεωριτών έχουν μελετηθεί εδώ και αρκετό καιρό. Ωστόσο, δεν έχουν γίνει σχετικά ολοκληρωμένες αναλύσεις των πετρωμάτων του Άρη. Στην τρέχουσα μελέτη τους, οι ερευνητές έχουν τώρα εξετάσει δείγματα από συνολικά 17 αρειανούς μετεωρίτες, οι οποίοι μπορούν να αποδοθούν σε έξι τυπικούς τύπους αρειανών πετρωμάτων. Επιπλέον, οι επιστήμονες ερεύνησαν για πρώτη φορά την αφθονία τριών διαφορετικών μεταλλικών ισοτόπων.

Δείγματα αρειανών μετεωριτών σαρώθηκαν αρχικά και υποβλήθηκαν σε πολύπλοκη χημική επεξεργασία. Χρησιμοποιώντας τον πολλαπλό συναρμολογητή πλάσμα αίματος Φασματομετρία μάζας στο Ινστιτούτο Πλανητικής Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Münster, οι ερευνητές μπόρεσαν στη συνέχεια να ανιχνεύσουν ίχνη ισοτόπων τιτανίου, ζιρκονίου και μολυβδαινίου. Στη συνέχεια έτρεξαν προσομοιώσεις σε υπολογιστή για να υπολογίσουν την αναλογία στην οποία τα οικοδομικά υλικά που βρίσκονται σήμερα πρέπει να συνδυαστούν σε ανθρακικούς και μη ανθρακικούς χονδρίτες στη Γη και τον Άρη προκειμένου να αναπαραχθούν οι μετρημένες δομές. Με αυτόν τον τρόπο, εξέτασαν δύο διαφορετικά στάδια συσσώρευσης για να εξηγήσουν τη διαφορετική ιστορία των ισοτόπων τιτανίου και ζιρκονίου καθώς και των ισοτόπων του μολυβδαινίου, αντίστοιχα. Σε αντίθεση με το τιτάνιο και το ζιρκόνιο, το μολυβδαίνιο συσσωρεύεται κυρίως στον μεταλλικό πυρήνα του πλανήτη. Τα ίχνη που εξακολουθούν να υπάρχουν σήμερα στα πλούσια σε πυριτικά εξωτερικά στρώματα μπορούν να προστεθούν μόνο στο τελευταίο στάδιο της ανάπτυξης του πλανήτη.

Τα ευρήματα των ερευνητών δείχνουν ότι τα εξωτερικά βραχώδη στρώματα της Γης και του Άρη έχουν λίγα κοινά με τους ανθρακούχους χονδρίτες στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα. Αντιπροσωπεύουν μόνο περίπου το τέσσερα τοις εκατό των αρχικών δομικών στοιχείων και των δύο πλανητών. Ο καθηγητής Thorsten Klein του Πανεπιστημίου του Münster, ο οποίος είναι επίσης διευθυντής του Ινστιτούτου Max Planck για την Έρευνα του Ηλιακού Συστήματος στο Göttingen, λέει: «Ως εκ τούτου, δεν μπορούμε να επιβεβαιώσουμε αυτή τη θεωρία του σχηματισμού εσωτερικού πλανήτη», προσθέτει.

Λείπουν οικοδομικά υλικά

Αλλά η σύνθεση της Γης και του Άρη δεν ταιριάζει καθόλου με εκείνη των μη ανθρακούχων χονδριτών. Οι προσομοιώσεις σε υπολογιστή δείχνουν ότι ένας διαφορετικός τύπος οικοδομικού υλικού θα πρέπει επίσης να λειτουργεί. «Η ισοτοπική σύνθεση αυτού του τρίτου τύπου οικοδομικού υλικού, όπως προκύπτει από τις προσομοιώσεις μας στον υπολογιστή, υποδεικνύει ότι πρέπει να προέρχεται από την πιο εσωτερική περιοχή του Ηλιακού Συστήματος», εξηγεί ο Christoph Burckhardt. Δεδομένου ότι αντικείμενα κοντά στον Ήλιο δεν έχουν διασκορπιστεί ποτέ στη ζώνη των αστεροειδών, αυτό το υλικό έχει απορροφηθεί σχεδόν πλήρως στους εσωτερικούς πλανήτες και επομένως δεν εμφανίζεται στους μετεωρίτες. «Είναι, θα λέγαμε, τα «ελλείποντα οικοδομικά υλικά» στα οποία δεν έχουμε πλέον άμεση πρόσβαση σήμερα», λέει ο Thorsten Kleine.

Η ξαφνική ανακάλυψη δεν αλλάζει τα αποτελέσματα της μελέτης της θεωρίας του σχηματισμού πλανητών. Ο Christoph Burckhardt καταλήγει στο συμπέρασμα ότι «το γεγονός ότι η Γη και ο Άρης φαίνεται να περιέχουν κυρίως υλικό από το εσωτερικό ηλιακό σύστημα είναι κατάλληλο για το σχηματισμό πλανητών από συγκρούσεις μεγάλων σωμάτων στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα».

Αναφορά: «The Formation of Terrestrial Planets from the Lost Inner Solar System Materials» των Christoph Burckhardt, Fridolin Spitzer, Alessandro Morbidelli, Gerrit Bodd, Jan H. Rinder, Thomas S. Kroyer και Thorsten Klein, 22 Δεκεμβρίου 2021 Διαθέσιμο εδώ πρόοδος της επιστήμης.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj7601