Углеродистые метеориты, предположительно пришедшие из внешней части главного пояса астероидов, внесли свой вклад в формирование Земли. Телескопические наблюдения за этими астероидами позволяют предположить, что они образовались в присутствии аммиачного льда, устойчивого только при очень низких температурах. Новое исследование показывает, что этот материал, возможно, возник в очень отдаленных регионах Солнечной системы, а затем был перенесен на Землю в процессе хаотического перемешивания.
Считается, что наша Солнечная система образовалась из облака газа и пыли, так называемой солнечной туманности, которая начала конденсироваться под действием силы тяжести около 4,6 миллиарда лет назад. Он сжался, закрутился и принял форму диска, причем большая часть его массы была сосредоточена в центре — оттуда и образовалось солнце.
Солнечная система унаследовала весь свой химический состав от звезды (или звезд), которые ранее взорвались как сверхновые в этих областях Млечного Пути — это порождает поколения звезд, содержащих элементы тяжелее гелия.
Солнце приняло на себя большую часть этих остатков сверхновых, но остальное вещество в диске начало мигрировать в соответствии с его способностью к затвердеванию при данной температуре. Солнце стало достаточно плотным, чтобы начать термоядерные реакции и стать звездой, а остатки этого вещества стали твердыми — в соответствии с их температурой замерзания — и
стали строительными блоками планет и других планетарных тел.
Солнечное излучение создало температурный градиент в ранней Солнечной системе (чем дальше от солнца, тем ниже температура). Вот почему внутренние планеты Солнечной системы, т. е. Меркурий, Венера, Земля и Марс, в основном каменистые (состоят в основном из более тяжелых элементов, таких как железо, магний и кремний), а внешние планеты в основном состоят из более легких элементов — водород, гелий, углерод, азот и кислород.
Считается, что Земля частично образована углеродистыми метеоритами, которые, как считается, произошли из внешней части главного пояса астероидов. Телескопические наблюдения за этими астероидами выявили особенность отражения размером 3,1 микрометра, что позволяет предположить, что их внешние слои содержат либо замороженную воду, либо аммиачную глину, либо и то, и другое, которые стабильны только при очень низких температурах. Интересно, что, хотя есть несколько указаний на то, что углеродсодержащие метеориты произошли от таких астероидов, метеориты, найденные на Земле, обычно лишены этой особенности.
Новое исследование, проведенное учеными из Института наук о Земле и жизни (ELSI) при Токийском технологическом институте, показывает, что этот материал мог образоваться в самых отдаленных частях ранней Солнечной системы, а затем переместиться во внутреннюю Солнечную систему в результате хаотических процессов перемешивания. Это исследование объединило наблюдения астероидов, сделанные с помощью японского телескопа AKATI, с теоретическим моделированием химических реакций в астероидах. Результаты показывают, что поверхностные минералы, присутствующие на астероидах внешнего главного пояса, в частности аммиачные глины, образованы из вещества, содержащего замороженные NH3 и CO2, которые стабильны только при очень низких температурах и в условиях, богатых водой. На основании этих результатов предлагается тезис о том, что
Чтобы понять источник несоответствия в измеренных спектрах астероидов и метеоритов, команда использовала компьютерное моделирование для моделирования химической эволюции нескольких возможных примитивных смесей, предназначенных для воссоздания примитивных строительных блоков астероидов. Затем эти компьютерные модели использовались для создания смоделированных спектров отражения для сравнения со спектрами, полученными во время телескопических наблюдений.
Модели показали, что для того, чтобы основной материал соответствовал спектрам астероидов, он должен содержать значительное количество воды и аммиака, относительно небольшое количество углекислого газа и реагировать при температурах ниже 70 градусов по Цельсию. Это говорит о том, что астероиды формировались намного дальше в ранней Солнечной системе (относительно их текущего положения на орбите вокруг Солнечной системы). Отсутствие функции, связанной с отражением волны на 3,1 микрометра в метеоритах, может быть связано с реакцией, которая может происходить глубже в астероидах, где температура была выше. Найденные метеориты могут быть образцами недр астероидов (ведь их внешние части сгорели в атмосфере).
Если результаты верны, это исследование предполагает, что уникальные свойства Земли и ее формирование в ее нынешнем виде связаны с особыми аспектами формирования Солнечной системы.
Будет несколько возможностей проверить эту модель, например, исследование дает прогнозы того, что будет обнаружено при анализе образцов, предоставленных зондом Хаябуса 2. Далекое происхождение астероидов, если это действительно так, приведет к большему количеству аммиачных солей и полезных ископаемых в этих образцах. Дальнейшее тестирование этой модели будет обеспечено анализом образцов из миссии OSIRIS-Rex под руководством НАСА.
Также было проанализировано, должны ли физико-химические условия в астероидах внешней части главного пояса допускать образование наблюдаемых минералов. Предполагаемое происхождение астероидов из холодных и далеких регионов указывает на то, что между астероидами и кометами должно быть значительное сходство. Это также поднимает вопросы о том, как сформировался каждый из этих типов небесных тел.
Предположение из исследования состоит в том, что материя, из которой сформировалась Земля, образовалась в очень отдаленных регионах Солнечной системы и была привнесена во время особенно бурной стадии ее раннего развития. Недавние наблюдения протопланетных дисков с помощью ALMA (Atacama Large Millimeter/submmillimeter Array) обнаружили кольцевые структуры. Считается, что это прямые наблюдения за образованием планетезималей. Главный автор публикации подводит итог работе, говоря, что, хотя пока неизвестно, является ли типичным способ формирования Солнечной системы, многие измерения предполагают, что вскоре мы сможем найти контекст для нашего места в истории космос.
