Новий аналіз хімічного складу Землі та Марса свідчить, що ці сусідні планети формувалися за різними сценаріями. Такий висновок зробила міжнародна команда на чолі з дослідниками Копенгагенського університету, про що розповідає матеріал на сайті Universe Today. Робота допомагає уточнити, як народжуються кам’яні планети, й важлива для пошуку придатних для життя екзопланет.
Дві конкуруючі моделі народження планет
Згідно з туманною теорією, Сонячна система сформувалася близько 4,5 мільярда років тому з гігантського диска газу й пилу, що обертався навколо молодого Сонця. Однак деталі того, як саме з цього диска виникли планети, досі обговорюються.
Є дві основні ідеї. Перша: планети ростуть переважно через зіткнення більших тіл — планетезималей. Друга: ключову роль відіграє «акреція гальки» — повільне наростання маси за рахунок дрібних камінців та пилу, які осідають на зародках планет. Нове дослідження пропонує гібридну картину, де обидва процеси поєднуються, але в різних пропорціях для Землі й Марса.
Як леткі елементи зберігають «відбитки» минулого
Команда Хаяна С. Вана (Haiyang S. Wang) та Андерса Йогансена (Anders Johansen) з Центру формування зірок і планет Копенгагенського університету зосередилася на вмісті летких елементів у мантії Землі та Марса. Йдеться про натрій, цинк, калій та інші речовини з відносно низькою температурою плавлення, які легко випаровуються при високих температурах.
Саме ці елементи допомагають реконструювати, які процеси відбувалися під час збирання планети. Хоча більшість «безпосередніх» слідів ранньої історії вже зникла, хімічний склад мантії зберігся протягом мільярдів років і діє як стійкий «відбиток» умов формування.
Вчені поєднали ці хімічні дані з розвиненим статистичним моделюванням, щоб обчислити найімовірніші сценарії росту Землі та Марса. Моделі показали, що леткі елементи поступово втрачаються з гальки, коли вона падає на поверхню зростаючої планети.
Земля зросла з двох протопланет, Марс — з планетезималей
Порівняння відносної кількості летких елементів на Землі й Марсі привело до неочікуваного результату: ці планети, попри сусідство, мають різну історію формування.
За оцінками команди, щонайменше 75 % маси Землі походить від двох молодих протопланет, які значно виросли завдяки акреції гальки. Планетезималі дали не більше ніж близько 25 % маси нашої планети.
Для Марса картина інша: приблизно три чверті його маси припадає на внесок планетезималей, тоді як акреція гальки забезпечила лише близько чверті. Отже, Марс значно більше «зібраний» з великих уламків, ніж Земля, для якої вирішальними стали саме дрібні частинки.
Обидві планети при цьому є диференційованими тілами, тобто мають шари різної густини — ядро, мантію, кору. Але внутрішня будова не приховує, що шлях до цієї будови був різним.
Невизначеності та сильні сторони методу
Автори підкреслюють, що їхні висновки базуються на статистичному моделюванні і залежать від низки припущень. Зокрема, враховувалася певна модель хімічного складу первинного газо-пилового диска, з якого утворювалися планети.
Через схожість Марса із Землею вважалося, що планетезималі, які його будували, мали хімічний склад, подібний до астероїда Веста. Також приймалася традиційна гіпотеза, що леткі елементи втрачаються ефективніше під час акреції гальки, ніж під час гігантських зіткнень.
Навіть якщо скоригувати результати з урахуванням цих невизначеностей, головний висновок лишається незмінним: Земля й Марс формувалися по-різному. Дослідники також вважають, що їхній підхід дає більш пряме уявлення про формування планет, ніж широко використовуваний аналіз ізотопів, який часто допускає кілька суперечливих тлумачень.
Що це означає для пошуку придатних для життя світів
Краще розуміння шляхів формування кам’яних планет важливе і для вивчення екзопланет. Майбутні космічні телескопи на кшталт обсерваторії Habitable Worlds Observatory, а також наземні гігантські телескопи з адаптивною оптикою зможуть отримувати дані про хімічний склад далеких світів.
Знання того, як планети втрачають леткі елементи під час свого народження, допоможе оцінювати, скільки води та інших сполук, важливих для життя, вони можуть зберегти. А це ключ до розуміння, які з цих планет потенційно є справді «придатними для життя».