Zgodnie z hipotezą mgławicy uważa się, że Układ Słoneczny uformował się w procesie akrecji. Zasadniczo zaczęło się to, gdy masywna chmura pyłu i gazu (znana również jako Mgławica Słoneczna) doświadczyła załamania grawitacyjnego w jej centrum, powodując narodziny Słońca. Pozostały pył i gaz uformowały się następnie w protoplanetarny dysk wokół Słońca, który stopniowo zlewał się, tworząc planety.
Jednak wiele o procesie ewolucji planet, które stały się wyraźne w swoich kompozycjach, pozostaje tajemnicą. Na szczęście nowe badanie przeprowadzone przez zespół naukowców z Uniwersytetu w Bristolu podeszło do tematu z nową perspektywą. Badając kombinację próbek Ziemi i meteorytów, rzucili nowe światło na to, jak planety takie jak Ziemia i Mars powstają i ewoluują.
Badanie zatytułowane „Dowody izotopowe magnezu, że akrecyjne straty pary kształtują kompozycje planetarne”, niedawno ukazały się w czasopiśmie naukowym Natura. Zespół pod kierownictwem Remco C. Hina, starszego współpracownika ze School of Earth Sciences na University of Bristol, zespół porównał próbki skał z Ziemi, Marsa i asteroidy Vesta w celu porównania poziomów izotopów magnezu w nich.
W ich badaniach podjęto próbę odpowiedzi na to, jakie pytanie pozostało w środowisku naukowym - tj. Czy planety ukształtowały się tak, jak są dzisiaj, czy też z czasem zyskały charakterystyczne kompozycje? Jak wyjaśnił dr Remco Hin w komunikacie prasowym Uniwersytetu w Bristolu:
„Dostarczyliśmy dowodów, że taka sekwencja zdarzeń miała miejsce w formacji Ziemi i Marsa, przy użyciu bardzo precyzyjnych pomiarów ich składu izotopowego magnezu. Stosunki izotopów magnezu zmieniają się w wyniku utraty oparów krzemianu, który preferencyjnie zawiera lżejsze izotopy. W ten sposób oszacowaliśmy, że ponad 40 procent masy Ziemi zostało utraconych podczas jej budowy. Ta praca polegająca na budowaniu kowbojów, jak opisał ją jeden z moich współautorów, była również odpowiedzialna za stworzenie unikalnej kompozycji Ziemi.”
Aby to rozbić, akrecja składa się z grudek materiału zderzających się z sąsiednimi grudkami, tworząc większe obiekty. Proces ten jest bardzo chaotyczny, a materiał jest często tracony, a także gromadzony z powodu ekstremalnego ciepła generowanego przez te zderzenia z dużą prędkością. Uważa się również, że to ciepło stworzyło oceany magmy na planetach podczas ich powstawania, nie wspominając już o tymczasowych atmosferach odparowanej skały.
Dopóki planety nie osiągną mniej więcej wielkości Marsa, ich siła przyciągania grawitacyjnego była zbyt słaba, aby utrzymać się w tych atmosferach. W miarę, jak dochodziło do kolejnych kolizji, skład tej atmosfery i samych planet ulegałby istotnym zmianom. To, w jaki sposób planety lądowe - Merkury, Wenus, Ziemia i Mars - uzyskały swoje obecne, ubogie w substancje lotne kompozycje w czasie, badacze mieli nadzieję rozwiązać.
Na przykład niektórzy uważają, że obecne kompozycje planet są wynikiem określonych kombinacji gazu i pyłu podczas najwcześniejszych okresów formowania się planet - gdzie planety lądowe są bogate w krzemiany / metale, ale ubogie w lotne, z powodu których pierwiastki były najbardziej obfite najbliżej słońce. Inni sugerują, że ich obecny skład jest konsekwencją gwałtownego wzrostu i zderzeń z innymi ciałami.
Aby rzucić na to światło, dr Hin i jego współpracownicy przeanalizowali próbki Ziemi wraz z meteorytami z Marsa i asteroidy Westy, stosując nowe podejście analityczne. Ta technika umożliwia uzyskanie dokładniejszych pomiarów racji izotopowych magnezu niż jakakolwiek poprzednia metoda. Ta metoda pokazała również, że wszystkie zróżnicowane ciała - jak Ziemia, Mars i Westa - mają izotopowo cięższe kompozycje magnezu niż chondrytyczne meteoryty.
Z tego byli w stanie wyciągnąć trzy wnioski. Po pierwsze, odkryli, że Ziemia, Mars i Westa mają wyraźne racje izotopów magnezu, których nie można wyjaśnić kondensacją z Mgławicy Słonecznej. Po drugie, zauważyli, że badanie ciężkich izotopów magnezu wykazało, że we wszystkich przypadkach planety straciły około 40% swojej masy podczas okresu formowania, po powtarzających się epizodach parowania.
Na koniec ustalili, że proces akrecji powoduje inne zmiany chemiczne, które generują unikalne właściwości chemiczne Ziemi. Krótko mówiąc, ich badania wykazały, że Ziemia, Mars i Westa doświadczają znacznych strat materiału po formowaniu, co oznacza, że ich osobliwe składy prawdopodobnie były wynikiem zderzeń w czasie. Jak dodał dr Hin:
„Nasza praca zmienia nasze poglądy na temat tego, w jaki sposób planety osiągają swoje właściwości fizyczne i chemiczne. Chociaż wcześniej było wiadomo, że budowanie planet jest gwałtownym procesem i że kompozycje planet, takich jak Ziemia, są różne, nie było jasne, czy te cechy były ze sobą powiązane. Pokazujemy teraz, że utrata pary podczas zderzeń wysokoenergetycznych akrecji planetarnej ma ogromny wpływ na skład planety ”.
Ich badania wykazały również, że ten gwałtowny proces formacji może być charakterystyczny dla planet w ogóle. Odkrycia te są nie tylko znaczące, jeśli chodzi o tworzenie Układu Słonecznego, ale także planet pozasłonecznych. Kiedy przyjdzie czas na badanie odległych układów gwiezdnych, charakterystyczne kompozycje ich planet powiedzą nam wiele o warunkach, w których powstały i o tym, jak powstały.
