Земля та Марс виникли в одній Сонячній системі, однак набирали свою масу за різними сценаріями. Нове моделювання показало, що Земля переважно росла завдяки поглинанню дрібної космічної «гальки», тоді як Марс отримав більшу частину речовини внаслідок зіткнень із великими планетезималями.
Походження кам’янистих планет давно пояснювали двома основними механізмами. За одним сценарієм, молоді планети поступово поглинали дрібні тверді частинки, які переміщувалися протопланетним диском, а за іншим — росли головним чином через зіткнення з більшими тілами.
Новий аналіз свідчить, що обидва процеси могли відбуватися одночасно. Однак для Землі та Марса їхній внесок виявився дуже різним.
Однією з ключових підказок став дефіцит помірно летких елементів у мантії обох планет. Такі речовини конденсуються за середніх температур, а їхню втрату під час формування планет називають деволатилізацією.
Щоб перевірити можливий механізм цієї втрати, науковці змоделювали акрецію дрібної гальки. Коли молода протопланета притягує воднево-гелієву оболонку з навколишнього диска та одночасно поглинає тверді частинки, температура в нижніх шарах цієї оболонки підвищується.
Цього нагрівання може бути достатньо, щоб помірно леткі елементи випаровувалися з матеріалу, який падає на планету. Після цього газові потоки виносять їх назад у протопланетний диск.
Більш тугоплавкі елементи, зокрема магній і кремній, поводяться інакше. Вони можуть залишатися у гарячому паровому шарі біля поверхні та згодом входити до складу планети.
Тривимірне моделювання руху газу всередині оболонки протопланети показало, що втрата летких речовин може відбуватися дуже швидко. Приблизно через рік у газовій оболонці залишається близько 30% таких елементів, а за п’ять років втрачається понад 97%.
Це означає, що під час активного поглинання дрібної гальки деволатилізація могла бути практично незворотною. Проте лише цього механізму виявилося недостатньо, щоб пояснити всі хімічні особливості Землі та Марса.
Тому дослідники додали до моделі внесок ранніх планетезималей — більших кам’янистих тіл, які стикалися з молодими планетами. Для оцінки їхнього складу використовували дані про астероїд Веста, уламки якого потрапляють на Землю у вигляді метеоритів.
Статистичне моделювання показало, що щонайменше 75% кам’янистої маси Землі могли походити від двох великих тіл, які самі значною мірою росли за рахунок гальки. Йдеться про прото-Землю та великий об’єкт, подібний за масштабом до Тейї, зіткнення з якою пов’язують із появою Місяця.
Частка планетезималей у формуванні Землі, за розрахунками, становила приблизно 25%. Для Марса співвідношення виявилося майже протилежним.
Близько 73% маси Червоної планети могли забезпечити планетезималі, подібні до Вести. На дрібну гальку припадає лише близько 27%.
Дослідники припускають, що Марс на ранньому етапі міг змінити орбіту під гравітаційним впливом більших протопланет. Через це він гірше захоплював потоки дрібної речовини та був змушений нарощувати масу переважно через зіткнення з більшими тілами.
Модель також показала, що Землі могло знадобитися менше гігантських зіткнень, ніж передбачали деякі попередні сценарії її формування. Значну частину необхідної маси прото-Земля могла отримати саме через ефективне поглинання дрібної гальки.
🌟 Читайте «Експерт» у своєму смартфоні — додайте нас в Google Discover