Новое понимание формирования Земли
AstroNews.ru - 08 Июля 2022 19:14:45
Хотя Земля давно и подробно изучена, на некоторые фундаментальные вопросы еще предстоит найти ответы. Один из них касается формирования нашей планеты, о зарождении которой исследователи до сих пор ничего не знают. Международная исследовательская группа под руководством ETH Zurich и Национального центра компетенции в исследованиях PlanetS предлагает новый ответ на этот вопрос, основанный на лабораторных экспериментах и компьютерном моделировании.
«Преобладающая теория в астрофизике и космохимии заключается в том, что Земля образовалась из хондритных астероидов. Это относительно небольшие, простые блоки породы и металла, которые сформировались на ранних этапах существования Солнечной системы», - объясняет ведущий автор исследования Паоло Сосси, профессор экспериментальной планетологии в ETH Zurich. «Проблема этой теории заключается в том, что никакая смесь хондритов не может объяснить точный состав Земли, которая гораздо беднее легкими, летучими элементами, такими как водород и гелий, чем мы могли бы ожидать».
Команда Сосси искала решение. «Динамические модели, с помощью которых мы конструируем формирование планет, показывают, что формировались они в нашей Солнечной системе постепенно. Маленькие зерна со временем превращались в планетезимали размером в километр, накапливая все больше и больше материала за счет гравитационного притяжения», - объясняет Сосси. Подобно хондритам, планетезимали также представляют собой небольшие тела из камня и металла. Но в отличие от хондритов, они были достаточно нагреты, чтобы дифференцироваться на металлическое ядро и каменистую мантию. «Более того, планетезимали, сформировавшиеся в разных областях вокруг молодого Солнца или в разное время, могут иметь очень разный химический состав», - добавляет Сосси. Теперь вопрос заключается в том, может ли случайное сочетание различных планетезималей привести к составу, соответствующему составу Земли.
Чтобы выяснить это, команда провела моделирование, в котором тысячи планетезималей столкнулись друг с другом в ранней Солнечной системе. Модели разработаны таким образом, что со временем были воспроизведены небесные тела, соответствующие четырем каменистым планетам - Меркурию, Венере, Земле и Марсу. Моделирование показало, что смесь множества различных планетезималей могла привести к эффективному составу Земли. Более того, состав Земли даже является наиболее статистически вероятным результатом этих симуляций.
«Даже если мы подозревали нечто подобное, мы все равно считаем такой результат очень примечательным», - вспоминает Сосси. «Теперь у нас есть не только механизм, который лучше объясняет образование Земли, но и эталон для объяснения образования других каменистых планет», - говорит исследователь. Этот механизм может быть использован, например, для предсказания того, как состав Меркурия отличается от состава других каменистых планет. Или как могут быть составлены каменистые экзопланеты других звезд.