Как ни странно, на самом деле мы до сих пор не знаем, как именно образовалась наша планета. У исследователей есть общая идея, но более тонкие детали распутать намного сложнее.
Ученые разработали модель, которая в настоящее время считается наиболее вероятным объяснением этого процесса: Земля образовалась в результате постепенной аккреции астероидов. Однако даже в рамках этой теории есть некоторые факты, которые сложно объяснить.
Новая статья, сочетающая эксперименты с моделированием, выявила новый путь формирования, который гораздо лучше соответствует характеристикам Земли.
Рожденная из астероидов?
Хондритовые астероиды - это относительно небольшие простые блоки из камня и металла, которые сформировались на ранней стадии Солнечной системы. По словам планетолога Паоло Сосси из ETH Zurich, проблема с «астероидной» теорией заключается в том, что никакая смесь этих хондритов не может объяснить точный состав Земли, которая намного беднее легкими летучими элементами, такими как водород и гелий, чем должно быть согласно расчетам.
Процесс формирования планет вызывает массу вопросов, но ученым удалось составить общую картину. Когда звезда формируется из плотного комка материи в молекулярном облаке пыли и газа в космосе, вещество вокруг нее принимает форму диска, который вращается вокруг растущего светила. Небольшие плотности внутри этого водоворота материи также объединяются в более мелкие и более холодные комки. Маленькие частицы сталкиваются и слипаются, сначала электростатически, а затем гравитационно, образуя все более и более крупные объекты, которые в конечном итоге могут вырасти в планету. Это — т.н. аккреционная модель, которая полностью подтверждается данными наблюдений.
Но если скалы, слипшиеся вместе, — это хондриты, остается открытым вопрос о недостающих более легких летучих элементах.
Ученые представили различные объяснения, в том числе тепло, выделяющееся во время столкновений, которое могло испарить некоторые из более легких элементов.
Это, однако, не всегда соответствует действительности: согласно недавней экспериментальной работе, проведенной Сосси, тепло испарило бы более легкие изотопы элементов с меньшим количеством нейтронов. Но более легкие изотопы все еще присутствуют на Земле примерно в тех же пропорциях, что и в хондритах.
Семена планет
Поэтому Сосси и его коллеги решили исследовать другую возможность: камни, из которых образовалась Земля, были не хондритовыми астероидами из общей орбитальной окрестности Земли, а планетезималиями. Это более крупные тела, «семена» планет, которые выросли до размеров, достаточных для того, чтобы иметь дифференцированное ядро.
«Динамические модели, с помощью которых мы имитируем формирование планет, показывают, что планеты в нашей Солнечной системе формировались постепенно. Маленькие зерна со временем превратились в планетезимали километрового размера, накапливая все больше и больше материала за счет гравитационного притяжения», — пояснил Сосси. По его словам, планетезимали, сформировавшиеся в разных областях вокруг молодого Солнца или в разное время, могут иметь очень разный химический состав.
Модель была разработана для внутренней Солнечной системы, которую мы видим сегодня: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Команда обнаружила, что разнообразная смесь планетезималей с разным химическим составом может воспроизвести Землю такой, какой мы ее видим сегодня.