;
Кейсы 18 июля 2022

Основную теорию формирования Земли назвали неправдоподобной: почему так произошло

Далее

Уже много лет ученые спорят о теории происхождения Земли. Новая работа международной группы ученых может поставить точку в этом вопросе. «Хайтек» рассказывает главное.

Хотя Земля уже давно детально изучена, на некоторые фундаментальные вопросы ученым еще предстоит ответить. Один из них касается формирования планеты. Международная исследовательская группа, возглавляемая Федеральным институтом технологии Цюриха и Национальным центром компетенций в области исследований планет, предложила ответ на этот вопрос. В своем исследовании ученые использовали компьютерное моделирование и провели несколько лабораторных экспериментов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Проблема старой теории

Преобладающая теория в астрофизике и космохимии состоит в том, что Земля образовалась из хондритовых астероидов. Это относительно небольшие, простые блоки из камня и металла, которые появились на ранней стадии формирования Солнечной системы. Проблема с этой теорией заключается в том, что никакая смесь этих хондритов не может объяснить точный состав Земли. В ней не так много легких, летучих элементов, таких как водород и гелий, как должно быть.

На протяжении многих лет ученые выдвигали разные гипотезы, которые могут объяснить это несоответствие. Например, считалось, что столкновения объектов, которые позже сформировали Землю, выделяли огромное количество тепла. Это в итоге испарило легкие элементы, оставив планету в ее нынешнем составе.

Однако авторы нового исследования уверены — эти теории становятся неправдоподобными, стоит только измерить изотопный состав различных элементов Земли. Так, у всех изотопов химического элемента есть одинаковое количество протонов, хотя и разное количество нейтронов. Изотопы с меньшим количеством нейтронов легче и, следовательно, должны проще улетучиваться. Если бы теория испарения при нагревании была верна, то на Земле было бы меньше этих легких изотопов, чем в первоначальных хондритах. Но измерения изотопов показывают другую картину.

Новая идея

Динамические модели, с помощью которых ученые моделируют формирование планет, показывают, что планеты в Солнечной системе формировались постепенно. Маленькие зерна со временем превратились в километровые планетезимали, накапливая все больше и больше материала под действием гравитационного притяжения.

Как и хондриты, планетезимали — небольшие космические тела из камня и металла. Но, в отличие от хондритов, они были достаточно нагреты, чтобы дифференцироваться в металлическое ядро и скалистую мантию. Более того, планетезимали, которые образовались в разных областях вокруг молодого Солнца или в разное время, отличаются разным химическим составом.

Вопрос заключался в том, действительно ли случайная комбинация различных планетезималей могла образовать Землю в том составе, о котором известно сегодня.

Проверка теории

Чтобы выяснить это, команда провела компьютерное моделирование. В ходе него тысячи планетезималей столкнулись друг с другом в ранней Солнечной системе. Модели были спроектированы таким образом, чтобы со временем из космических камней появились небесные тела, соответствующие четырем скалистым планетам — Меркурию, Венере, Земле и Марсу.

Исследование показало, что смесь многих различных планетезималей действительно может привести к тому составу Земли, о котором знают ученые.

Как это поможет?

Теперь у планетологов есть механизм, который лучше объясняет образование не только Земли, но и других скалистых планет. Его можно было бы использовать, например, для прогнозирования того, насколько состав Меркурия отличается от состава других скалистых планет. Даже за пределами Солнечной системы.