Różne drogi prowadzące do powstania Ziemi i Marsa
Około 4,5 miliarda lat temu Ziemia oraz Mars zaczęły formować się w obracającym się obłoku gazu i pyłu, z którego powstał później Układ Słoneczny. Szczegóły tego procesu nadal nie są jednak dokładnie poznane. Naukowcy z University of Copenhagen zastosowali w nowym badaniu metodę wykorzystującą skład chemiczny obu planet, aby odtworzyć najwcześniejszy okres ich formowania. Wyniki wskazują, że Ziemia i Mars najprawdopodobniej ukształtowały się w różny sposób. Rezultaty badań opublikowano w czasopiśmie „Nature Astronomy”.
Planetozymale i akrecja kamyków jako dwa procesy
Obecne modele zakładają dwa główne mechanizmy, które mogły prowadzić do narodzin planet, albo ich połączenie. Jeden z nich polega na zderzaniu się dużych ciał skalistych określanych mianem planetozymali. Drugi mechanizm zakłada stopniowe przechwytywanie przez większe obiekty mniejszych cząstek, czyli tak zwaną akrecję kamyków. Nadal nie wiadomo jednak, który z tych procesów odgrywa najważniejszą rolę w formowaniu planet skalistych, takich jak Ziemia i Mars.
Analizy wskazały na model hybrydowy, w którym oba mechanizmy współuczestniczyły w powstawaniu planet. Dzięki nowemu podejściu badacze mogli także dokładniej określić, jak mogło wyglądać formowanie Ziemi i Marsa około 4,5 miliarda lat temu.
Inne źródła materiału budującego obie planety
Z przeprowadzonych analiz wynika, że przynajmniej 75 proc. masy Ziemi pochodziło z dwóch młodych protoplanet, które zwiększały swoje rozmiary poprzez akrecję kamyków. Pozostałą część, czyli około 25 proc., dostarczyły planetozymale. W przypadku Marsa sytuacja wyglądała odwrotnie. Około 75 proc. jego masy miały stanowić planetozymale, natomiast pozostałe 25 proc. pochodziło z materiału zgromadzonego dzięki akrecji kamyków.
Pierwiastki zachowały zapis procesu formowania
Odtworzenie wydarzeń sprzed miliardów lat wymagało wykorzystania śladów, które pozostały w planetach do dziś. Naukowcy szczegółowo zbadali wybrane pierwiastki znajdujące się w zewnętrznych częściach Ziemi i Marsa, czyli w skorupie oraz płaszczu. Szczególne znaczenie miały pierwiastki lotne, między innymi sód, cynk i potas, które stosunkowo łatwo przechodzą w stan gazowy pod wpływem wysokiej temperatury. Ich obecność albo niedobór może dostarczać informacji o procesach zachodzących w czasie formowania planet.
Naukowcy wykorzystali następnie zaawansowane modele komputerowe, aby sprawdzić, które scenariusze powstawania najlepiej odpowiadają składowi chemicznemu Ziemi i Marsa.
Badacze zwrócili uwagę na ograniczenia zastosowanych modeli. Nie było możliwe dokładne określenie składu chemicznego materiału, z którego powstały obie planety, dlatego analiza wymagała przyjęcia kilku założeń. Zmiana tych założeń nie wpłynęła jednak na główny rezultat badań.
Poszczególne proporcje mogły różnić się w pewnym zakresie, ale wszystkie przeprowadzone analizy prowadziły do tego samego wniosku: Ziemia i Mars prawdopodobnie powstały w różny sposób. Zastosowana metoda umożliwiła bardziej bezpośrednie i dokładne badanie procesu formowania planet niż powszechniej wykorzystywane analizy izotopowe, które mogą prowadzić do odmiennych interpretacji.
Chemia planet może pomóc w badaniu światów poza Układem Słonecznym
Zdaniem astronomów wyniki mogą znaleźć zastosowanie także w badaniach planet pozasłonecznych. Przyszłe misje kosmiczne będą poszukiwały obiektów przypominających Ziemię oraz analizowały ich właściwości. Istotną częścią tych badań będzie określenie składu chemicznego takich planet, ponieważ może on dostarczyć informacji o warunkach występujących na ich powierzchni.
Dokładniejsze poznanie sposobu, w jaki podczas formowania planet dochodzi do utraty pierwiastków lotnych, może pomóc określić, ile wody oraz innych substancji niezbędnych do podtrzymania życia może znajdować się na takich światach.
Mariusz Drzewiecki
