Hoewel de aarde al lang in detail is bestudeerd, moeten wetenschappers nog steeds een aantal fundamentele vragen beantwoorden.
Het probleem van de oude theorie
De heersende theorie in de astrofysicaen kosmochemie is dat de aarde is gevormd uit chondriet-asteroïden. Dit zijn relatief kleine, eenvoudige blokken steen en metaal die al vroeg in de vorming van het zonnestelsel verschenen. Het probleem met deze theorie is dat geen enkel mengsel van deze chondrieten de exacte samenstelling van de aarde kan verklaren. Het bevat niet zoveel lichte, vluchtige elementen zoals waterstof en helium als zou moeten.
Door de jaren heen hebben wetenschappers verschillende argumenten naar voren gebrachthypothesen die deze discrepantie kunnen verklaren. Men dacht bijvoorbeeld dat de botsingen van objecten die later de aarde vormden enorme hoeveelheden warmte vrijkwamen. Hierdoor verdampten uiteindelijk de lichte elementen, waardoor de planeet in zijn huidige samenstelling achterbleef.
De auteurs van de nieuwe studie zijn er echter van overtuigd dat dezetheorieën worden onwaarschijnlijk zodra de isotopensamenstelling van verschillende elementen van de aarde wordt gemeten. Alle isotopen van een chemisch element hebben dus hetzelfde aantal protonen, hoewel ze een verschillend aantal neutronen hebben. Isotopen met minder neutronen zijn lichter en zouden daarom gemakkelijker moeten vervluchtigen. Als de theorie van verdamping tijdens verwarming correct zou zijn, zouden er minder van deze lichtisotopen op aarde zijn dan in de oorspronkelijke chondrieten. Maar isotopenmetingen laten een ander beeld zien.
Nieuw idee
Dynamische modellen, met behulp waarvanwetenschappers modelleren de vorming van planeten en laten zien dat de planeten in het zonnestelsel geleidelijk zijn ontstaan. In de loop van de tijd veranderden kleine korrels in kilometerslange planetesimalen, waarbij onder invloed van de zwaartekracht steeds meer materiaal werd verzameld.
Net als chondrieten zijn planetesimalen kleinkosmische lichamen gemaakt van steen en metaal. Maar in tegenstelling tot chondrieten werden ze voldoende verhit om te differentiëren in een metalen kern en een rotsachtige mantel. Bovendien hebben planetesimalen die zich in verschillende gebieden rond de jonge zon of op verschillende tijdstippen hebben gevormd, verschillende chemische samenstellingen.
De vraag was of een willekeurige combinatie van verschillende planetesimalen daadwerkelijk de aarde zou kunnen vormen in de samenstelling die we vandaag de dag kennen.
Theorie testen
Om hierachter te komen, voerde het team computertests uitmodellering. Tijdens dit proces kwamen duizenden planetesimalen met elkaar in botsing in het vroege zonnestelsel. De modellen zijn zo ontworpen dat in de loop van de tijd hemellichamen die overeenkomen met de vier rotsachtige planeten – Mercurius, Venus, Aarde en Mars – uit ruimterotsen tevoorschijn zouden komen.
Uit de studie bleek dat een mengsel van veel verschillende planetesimalen daadwerkelijk zou kunnen leiden tot de samenstelling van de aarde waar wetenschappers vanaf weten.
Hoe zal het helpen?
Nu hebben planetaire wetenschappers een mechanisme dat dat doetverklaart beter de vorming van niet alleen de aarde, maar ook andere rotsachtige planeten. Het zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om te voorspellen hoe de samenstelling van Mercurius verschilt van die van andere rotsachtige planeten. Zelfs buiten het zonnestelsel.