Наша планета, возможно, сформировалась гораздо проще, чем полагали ученые. Планетологи показали, что Земля выросла почти исключительно из местного вещества Солнечной системы, без существенного вклада далеких областей.
До сих пор считалось, что Земля сформировалась в результате сложного космического смешивания. Метеориты, падающие на нашу планету, делятся на две большие группы: одни образовались ближе к Солнцу, другие — на окраинах Солнечной системы. Поскольку химический состав Земли занимает промежуточное положение между ними, ученые полагали, что в процессе образования она получила заметную долю вещества из внешних областей, вероятно, вместе с водой и летучими элементами. В некоторых моделях эта доля достигала десятков процентов, делая историю формирования Земли как планеты довольно «миграционной» и хаотичной.
Авторы нового исследования под руководством Паоло А. Сосси (Paolo A. Sossi) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха предложили более строгий и комплексный подход. Вместо анализа одного-двух изотопных показателей ученые сравнили сразу 10 различных изотопных систем — своеобразных «отпечатков» вещества, сформированных до появления планет. Дело в том, что изотопные аномалии позволяют проследить, из каких именно резервуаров протопланетного диска произошел материал.
Для этого исследователи сначала снизили размерность данных с помощью анализа главных компонент, а затем уточнили результаты, применив метод Байеса (статистический подход, позволяющий уточнить вероятность события, учитывая ранее известную информацию о нем). Подход позволил учесть погрешности изменений и увидеть общую картину распределения вещества в ранней Солнечной системе.
Выяснилось, что Земля идеально вписывается в линейный тренд, характерный для тел, сформировавшихся во внутренней области системы, таких как Марс и некоторые типы метеоритов. При этом тренд не пересекается с материалом из внешних областей.
Иными словами, химически портрет нашей планеты можно объяснить без привлечения вещества с окраин Солнечной системы. Расчеты также показали, что возможная доля внешнего материала крайне мала и составляет менее нескольких процентов, а в некоторых случаях — меньше одной десятой процента. Это существенно меньше прежних оценок.
Результаты исследования, представленного в журнале Nature Astronomy, также указали на однородность вещества, из которого формировалась Земля. Значит, планета либо накапливала материал с практически неизменным составом на протяжении миллионов лет, либо все различия в исходных компонентах были впоследствии «сглажены» при образовании ядра и мантии. В обоих случаях получается, что процесс формирования нашего мира был упорядоченнее, чем считалось.
Ученые также попытались заглянуть дальше и предсказать состав других планет. Их модель показала, что Венера и Меркурий должны иметь еще более экстремальные изотопные характеристики, отражающие распределение вещества в раннем протопланетном диске. Проверить эти выводы позволят будущие миссии, которые доставят образцы с этих миров.
Таким образом, новое исследование меняет саму логику планетообразования: вместо хаотичного смешивания вещества по всей Солнечной системе Земля могла сформироваться локально — из материала, который был рядом с ее орбитой с самого начала. Открытие упрощает модели рождения планет, а также по-новому ставит вопрос о происхождении воды и условий, сделавших наш мир пригодным для жизни.
Автор: Любовь Соколова