С помощью новой теории международная группа исследователей попыталась объяснить, почему внутренняя Солнечная система с ее каменистыми планетами так сильно отличается от внешней с газовыми и ледяными гигантами. Согласно этой теории, внутренние планеты сформировались раньше, чем те, что находятся за так называемой снежной линией. Однако при этом новая теория противоречит уже существующим учениям.

Так видит художник раннюю Солнечную систему, в которой внутренние каменистые планеты сформировались раньше, чем внешние газовые и ледяные гиганты (иллюстрация). © Mark A. Garlick markgarlick.com

Как сообщается в журнале Science, международная команда Тима Лихтенберга из Оксфордского университета, в которую вошли ученые разных специальностей, разработала новую модель образования планет, которая обеспечивает альтернативное объяснение изотопных различий в Солнечной системе.

В то время как самые внутренние планеты Меркурий, Венера, Земля и Марс являются относительно небольшими и сухими планетами, газовые планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун содержат гораздо больше летучих элементов. «Метеориты имеют разные «отпечатки пальцев», в зависимости от того, происходят они из внутренней или внешней солнечной системы», - объясняет профессор Мария Шёнбехлер из Института геохимии и петрологии ETH Zurich, которая также принимала участие в исследовании. Но можно ли определить происхождение астероида или метеорита на основе так называемого изотопного содержания? Изотопы - это разные типы атомов химического элемента, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов в ядре.

Подоплека

Принятое до сих пор объяснение различий в химическом составе планет и метеоритов: Когда Солнечная система возникла из диска газа и пыли 4,5 миллиарда лет назад, родилась первая планета - Юпитер. Он и разделил диск на внутреннюю и внешнюю системы и заблокировал обмен вещества между обеими частями.

Как говорят участники нового моделирования, их модель больше не нуждается в Юпитере, как причине таких различий. В ходе компьютерного моделирования они вычислили, что могло происходить в ранней Солнечной системе. «Согласно моделированию, внутренняя и внешняя Солнечная система были созданы двумя разными волнами в два разных периода времени», - объясняет Лихтенберг. - «На самом раннем этапе, когда изначальный диск из газа и пыли и само Солнце еще только формировались, во внутренней части Солнечной системы сформировались первые строительные блоки планет - глыбы диаметром около 100 километров, которые специалисты называют планетезималями. Важную роль при этом сыграла так называемая снежная линия, протянувшегося вокруг очень молодого Солнца на определенном расстоянии. В границах этой линии вода находилась в виде водяного пара. Снаружи же образовались кристаллы льда. Там часть водяного пара сконденсировалась на пылинках, которые собрались вместе и образовали первые планетезимали».

Они были чрезвычайно богаты водой, что неудивительно, потому что Земля содержала тогда значительно больше воды, по причине чего сегодня она должна была бы больше походить на комету. Но у новой теории есть объяснение и этому: «Пылевой диск содержал радиоактивный изотоп алюминия-26. Планетарные строительные блоки унаследовали этот материал, который распадается, имея период полураспада 700 000 лет, и излучает большое количество энергии - достаточное, чтобы нагреть и расплавить планетезимали изнутри». Таким образом, могли образовываться железные ядра, а вода и другие летучие элементы испарялись.

«После того, как во внутренней части Солнечной системы образовались первые планетезимали, в нашей модели в течение примерно полумиллиона лет ничего не происходило», - объясняет Лихтенберг. - «Затем пришла вторая волна образования планетезималей - на этот раз во внешней Солнечной системе. К тому времени линия снега сместилась дальше наружу из-за нагрева газопылевого диска. Частицы пыли, движущиеся в направлении Солнца, стали останавливаться на новой линии снега». Этот вид космической пробки привел к новому образованию планетезималей. «Формирование планет внешней Солнечной системы началось позже, но закончилось гораздо быстрее, ибо внутренние планеты заняли в этом смысле гораздо больше времени», - говорит Лихтенберг. - «Поскольку второй процесс начался позже, большая часть радиоактивного алюминия-26 уже распалась, при этом испарялось уже меньше летучих элементов. В результате там сформировались газовые и ледяные гиганты, такие как Юпитер или Уран».

Новая модель также проливает свет на дальнейший рост изначальных планетезималей во внутренней части Солнечной системы, пока из них не получились каменистые планеты, подобные нашей Земле. Как считает теория, поначалу в системе доминировали столкновения планетезималей. «Затем последовала фаза, когда эти тела собирали крупинки пыли уже благодаря своей силе притяжения. За этим снова последовали столкновения, пока Земля не столкнулась, наконец, с последней большой глыбой в конце процесса формирования. Во время этого столкновения из ранней Земли была выброшена масса, из которой образовалась Луна».

Исследователи утверждают, что моделирование также показывает, как планеты перемещались во время своего формирования ближе к Солнцу, пока не достигли своих нынешних орбит. «В нашем исследовании мы предлагаем общий сценарий, который воспроизводит состав и историю Солнечной системы», - объясняет Тим Лихтенберг. -

Фактически, компьютерные расчеты в полной мере отражают данные анализов метеоритов и астрономических наблюдений. «Такая комбинация актуальных данных о метеоритах и моделей развития является новаторским методом», - заключает Мария Шенбехлер и с энтузиазмом отмечает, «насколько хорошо все в ней сочетается».