Как Земята, единствена сред скалистите планети на Слънчевата система, е станала дом на живот? Как сред цялото това студено безжизнено пространство нашата планета се е превърнала в топла, гостоприемна и способна да поддържа живота? Отговорът на тези въпроси е сложен и многостранен, а част от отговора идва от космохимията - интердисциплинарна област, която изследва как се разпределят химичните елементи.
Слънчевата система е оживено място, където всичко е в движение. Преди 4,5 милиарда години тя е била още по-хаотична, като планетите все още са се формирали, а планетите и планетарните ембриони са се движили наоколо и са се блъскали един в друг. По някакъв начин в целия този хаос Земята е получила повече от своя дял въглеродни хондрити и аминокиселините и други химикали, които са били необходими за живота.
Космохимичните изследвания показват, че между 5 и 10 % от масата на Земята е от въглеродни хондрити, които са се разбили в младата планета. Изследванията показват също, че голяма част от нея е дошла от импактора Тея, който е създал Луната.
Ново изследване и резултати
За да проверят по-строго тези идеи, трио изследователи използваха динамични симулации на формирането на Слънчевата система, за да видят дали могат да го възпроизведат. Изследването е озаглавено „Динамичен произход на Тея, последният гигантски импактор на Земята“. Водещ автор е Дуарте Бранко от Института по астрофизика и космически науки към Лисабонската астрономическа обсерватория в Португалия. Изследването ще бъде публикувано в списание Icarus.
Едно от критичните разграничения в космохимията е разликата между въглеродните хондрити (CCs) и невъглеродните метеорити (NCs). Тя разделя метеоритната популация на Слънчевата система на две групи и предполага, че Слънчевата система съдържа два различни резервоара на материал.
CCs са се образували по-далеч от Слънцето, вероятно отвъд Юпитер, и носят със себе си повече летливи вещества като вода и органични съединения. NCs включват неща като железни метеорити и съдържат по-малко летливи вещества.
Още: Сгрешили сме за Уран: Ново изследване разкрива дългогодишна мистерия
За да проверят идеята, че Тея е доставила на Земята CCs и летливи вещества, изследователите провели подробни симулации на Слънчевата система. Това са симулации на N-образни тела на по-късните етапи от развитието на земните планети. Симулациите започнали в късните етапи на растежа на планетите след разпръскването на газовия диск на Слънчевата система. Наличната твърда маса била разделена на планети и планетни ембриони.
Симулацията включва CCs, които са били разпръснати навътре, докато Юпитер и Сатурн все още са растели и са акретирали материя. Поради разликата в размерите на планетите и планетарните ембриони, ембрионите имат по-голяма възможност да взаимодействат със земните планети и да доставят материал от CC.
Изследователите провели три вида симулации. Първата те наричат „само малки“ и включва само малки обекти на CC, или планетезимали. Вторият е наречен „само голям“ и включва само големи CC обекти, планетарни ембриони. Третият включва както планетни тела, така и ембриони и се нарича смесен сценарий.
За подмножество от 10 симулации от всеки от тези сценарии те включват ефекта от динамичната нестабилност на гигантските планети. В астрономията това е известно като „модел на Ница“ и описва как гигантските планети изместват орбитите си от мястото, където първоначално са се формирали.
Още: Астрономите не могат да повярват: Откриха нова планета в Слънчевата система
Целта била да се определи как са разпределени CCs и NCs в Слънчевата система и да се разбере как Земята се е оказала с повече CCs от другите скалисти планети, особено Марс. Изследователите също така искали да разберат дали ударът на Тея може да е отговорен за доставянето на голямо количество от CC на Земята.
Един от ясните резултати е, че ролята на нестабилността на гигантските планети, особено преместването на Юпитер на друга орбита, е имала ясно изразен ефект върху акрецията на материал от CC на Земята.
Когато изследователите добавили динамичната нестабилност на гигантските планети, нещата изглеждали още по-интересни. "Нестабилността на гигантската планета драматично промени еволюцията на системата, предизвиквайки силен импулс на възбуждане на ексцентрицитета, което доведе до вълна от сблъсъци и изхвърляния", пишат авторите. Въпреки това крайното състояние на системата не се е променило много.
Важна част от симулациите се отнася до ударния елемент Тея. Предишни изследвания сочат, че Тея може да е бил въглероден обект. Ако това е вярно, голяма част от жизнените условия на Земята може да са резултат от този сблъсък.
"В смесения сценарий без нестабилност на гигантски планети крайният импактор на Земята включваше компонент от въглероден диоксид в повече от половината от всички симулации. В 38,5 % от симулациите крайният импактор е бил чист зародиш на СС, а в други 13,5 % импакторът е бил зародиш на СС, който преди това е акретирал зародиш на СС", пишат изследователите.
Като цяло симулациите създават картина на ранната Слънчева система, в която има два отделни пръстена от планети. Вътрешен пръстен, състоящ се от скалисти планетозимали, и външен пръстен от въглеродни хондрити. По-късно, когато ледените гиганти мигрират навътре, те изтласкват CC материал във вътрешната Слънчева система.
Още: Разпада се на прах: Планета изчезва заради висока температура
„Акрецията на късния етап на земните планети е включвала серия от гигантски удари между ембриони на NC и планетарни частици, като от време на време е имало и удари на CC обекти“, обясняват авторите.
Този сценарий обяснява няколко неща за Слънчевата система. Той обяснява масите и орбитите на земните планети, както и орбиталното разпределение на астероидите. Той също така съвпада с масовата част на CC на Земята и Марс, където Марс няма същите концентрации на CC материал като Земята.
Изследователите си поставят за цел да докажат, че в съответствие с други изследвания Тея би могла да бъде последният голям импактор на Земята и че тя е съдържала достатъчно материал от CC. Изглежда, че са успели.
В симулациите последният гигантски удар на Земята е бил с Тея и този обект е имал по-висока концентрация на CC материал, който е помогнал Земята да стане обитаема. Този резултат е в съответствие с научното мислене. Работата показва, че последният удар е бил след между 5 и 150 милиона години след разпръскването на газа. Голяма част от тях са били в рамките на 20 до 70 милиона години. Съществуват несигурности във времето на удара на Тея и тези резултати работят в рамките на тях.
Симулациите подкрепят и други заключения, които показват, че ембрионите на КС и планетите са могли да бъдат натрупвани по време на растежа на Земята, но са били концентрирани в по-късните фази на растежа.
„В контекста на този сценарий последният гигантски импактор на Земята е съдържал CC компонент в приблизително половината от всички смесени симулации“, пишат авторите.
„В по-голямата част от тях (38 % от симулациите) Тея е била девствен зародиш на СС, а в останалите случаи Тея е била зародиш на НК, който преди това е акретирал зародиш на СС.“
Изследването показва също, че Юпитер е изиграл важна роля в строежа на Слънчевата система. Той не само съкращава астероидния пояс, но е изиграл важна роля в определянето на окончателния състав на земните планети, като е разпръснал CC материал от външната Слънчева система на пътя на скалистите планети, особено на Земята.
Милион неща е трябвало да се случат точно както трябва, за да може Земята да се превърне в поддържащия живота свят, какъвто е днес. Доколко е вероятно да има и други подобни светове, не е известно. Може би е необходимо нещо повече от това да се намира в обитаемата зона, за да може една екзопланета да поддържа живот.
Възможно е да има зашеметяващ брой променливи, които трябва да са наред, включително външни планети гиганти, които мигрират и доставят въглерод на скалисти светове в обитаеми зони.
Тази статия е публикувана първоначално в Universe Today.
