Космічний розкол: астрофізики розкрили таємницю походження Землі та Марса

Схожий хімічний дефіцит і загадка мантії

Тривалий час астрофізики сперечаються щодо механізмів формування кам'янистих планет.

Існували дві основні гіпотези: тихе акрегування дрібних зерен "гальки", які дрейфували протопланетним диском, або ж агресивний шлях через постійні зіткнення великих уламків - планетезималей.

Новий аналіз показав, що обидва процеси могли існувати паралельно, проте їхнє співвідношення для Землі та Марса виявилося кардинально різним.

Дослідники звернули увагу на помітний дефіцит помірно летких елементів у мантії обох планет. Порівняно з хімічним складом Сонця, на Землі та Марсі бракує однакових часток таких речовин:

• літію;
• марганцю;
• натрію;
• калію;
• цинку.

Ці елементи конденсуються у тверду форму за середніх температур. Процес їхньої втрати науковці називають збідненням на леткі речовини.

Більше цікавого: Найгірший рік в історії людства: вчені знайшли причину глобальної катастрофи

Як "випаровувалися" хімічні елементи?

Щоб зробити точні висновки, науковці змоделювали процес деволатилізації під час акреції гальки.

Коли зростаюча протопланета притягує воднево-гелієву оболонку з навколишнього диска і водночас всмоктує дрібну гальку, температура в нижніх шарах цієї оболонки зростає.

Цього тепла достатньо, щоб помірно леткі елементи випаровувалися з матеріалу, що падає на планету. Після випаровування газ забирає ці елементи назад у диск.

Водночас важчі та стійкіші до нагрівання елементи, такі як магній і кремній, залишаються у захисному паровому шарі біля поверхні й згодом входять до складу планети.

Тривимірне комп’ютерне моделювання конвективних газових потоків усередині оболонки протопланети підтвердило цю гіпотезу. Науковці виявили такі часові показники втрати речовин:

• Протягом 1 року в оболонці залишається лише близько 30 відсотків помірно летких елементів;
• Понад 97 відсотків цих елементів втрачається протягом 5 років.

Це робить випаровування летких речовин під час поглинання дрібної гальки незворотним процесом.

Не пропустіть: Головна модель Всесвіту може бути помилковою: темна енергія під питанням

Чому Земля і Марс пішли різними шляхами?

Оскільки сама лише акреція гальки не відповідала всім хімічним маркерам у реальних гірських породах, команда врахувала внесок ранніх планетезималей.

Для моделювання їхнього складу вчені використали хімію астероїда Вести, уламки якого потрапляють на Землю у вигляді метеоритів.

За допомогою статистичного моделювання Байєса вчені розрахували точний вміст будівельних блоків для обох планет.

Земля: щонайменше 75 відсотків кам'янистої маси нашої планети сформувалося з двох об'єктів, що росли за рахунок гальки - прото-Землі та одного гігантського імпактора (подібного за масштабом до Тейї, після удару якої утворився Місяць).

Тільки близько 25 відсотків маси припадає на планетезималі.

Марс: близько 73 відсотків маси Червоної планети утворилося саме з планетезималей, подібних до Вести. Частка дрібної гальки у формуванні Марса становить лише 27 відсотків.

Науковці припускають, що Марс міг змінити свою орбіту під гравітаційним впливом інших більших протопланет на ранньому етапі. Це завадило йому ефективно всмоктувати дрібну гальку, тому більшу частину маси планета набрала через прямі зіткнення з великими тілами.

Крім того, моделювання показало, що для формування Землі знадобилася менша кількість гігантських зіткнень, ніж передбачали попередні комп’ютерні моделі.

Оскільки процес поглинання гальки ефективно забезпечував зростання маси, планеті знадобилося менше окремих "зародків" для фінального формування.