Основну теорію формування Землі назвали неправдоподібною: чому так сталося

Хоча Земля вже давно детально вивчена, на деякі фундаментальні питання вченим ще належить відповісти.

Один з них стосується формування планети.Міжнародна дослідницька група, очолювана Федеральним інститутом технології Цюріха і Національним центром компетенцій в області досліджень планет, запропонувала відповідь на це питання. У своєму дослідженні вчені використали комп'ютерне моделювання та провели кілька лабораторних експериментів. Результати роботи опубліковані в журналі Nature Astronomy.

Проблема старої теорії

Переважна теорія в астрофізиціі космохімії полягає в тому, що Земля утворилася з хондритових астероїдів. Це відносно невеликі, прості блоки з каменю і металу, які з'явилися на ранній стадії формування Сонячної системи. Проблема з цією теорією полягає в тому, що ніяка суміш цих хондритів не може пояснити точний склад Землі. У ній не так багато легких, летких елементів, таких як водень і гелій, як має бути.

Протягом багатьох років вчені висували різнігіпотези, які можуть пояснити цю невідповідність. Наприклад, вважалося, що зіткнення об'єктів, які пізніше сформували Землю, виділяли дуже багато тепла. Це в результаті випарувало легкі елементи, залишивши планету в нинішньому складі.

Проте автори нового дослідження впевнені — цітеорії стають неправдоподібними, варто лише виміряти ізотопний склад різних елементів Землі. Так, у всіх ізотопів хімічного елемента є однакова кількість протонів, хоча і різна кількість нейтронів. Ізотопи з меншою кількістю нейтронів легше і, отже, повинні простіше випаровуватися. Якщо б теорія випаровування при нагріванні була вірна, то на Землі було б менше цих легких ізотопів, ніж в початкових хондритах. Але виміри ізотопів показують іншу картину.

Нова ідея

Динамічні моделі, за допомогою якихвчені моделюють формування планет, показують, що планети в Сонячній системі формувалися поступово. Маленькі зерна з часом перетворилися на кілометрові планеті зималі, накопичуючи все більше і більше матеріалу під дією гравітаційного тяжіння.

Як і хондрити, планетезималі - невеликікосмічні тіла з каменю і металу. Але, на відміну від хондритів, вони були достатньо нагріті, щоб диференціюватися в металічне ядро ​​і скелясту мантію. Більш того, планетезималі, які утворилися в різних областях навколо молодого Сонця або в різний час, відрізняються різним хімічним складом.

Питання полягало в тому, чи справді випадкова комбінація різних планетезималей могла утворити Землю в тому складі, про який відомо сьогодні.

Перевірка теорії

Щоб з'ясувати це, команда провела комп'ютернемоделювання. У ході нього тисячі планетезималей зіткнулися один з одним в ранній Сонячній системі. Моделі були спроектовані таким чином, щоб з часом з космічного каміння з'явилися небесні тіла, що відповідають чотирьом скелястим планетам - Меркурію, Венері, Землі та Марсу.

Дослідження показало, що суміш багатьох різних планетезималей дійсно може призвести до того складу Землі, про який знають вчені.

Як це допоможе?

Тепер у планетологів є механізм, якийкраще пояснює освіту як Землі, а й інших скелястих планет. Його можна було б використовувати, наприклад, для прогнозування того, наскільки склад Меркурія відрізняється від складу інших скелястих планет. Навіть за межами Сонячної системи.