Science: протопланета Тейя произошла из внутренней части Солнечной системы

Фото из открытых источников

Луна образовалась в результате гигантского столкновения прото-Земли с древней протопланетой Тейей. В новом исследовании группа учёных из США, Германии, Франции и Китая измерила изотопный состав железа в лунных образцах, земных породах и метеоритах, представляющих изотопные резервуары, из которых могли образоваться Тейя и прото-Земля. Они обнаружили, что вся Тейя и большинство других составляющих Земли материалов имеют внутреннее происхождение. Их расчёты показывают, что Тейя могла сформироваться ближе к Солнцу, чем Земля. Результаты были опубликованы в журнале Science.

«Состав тела хранит всю историю его формирования, включая место его происхождения», — сказал соавтор исследования Торстен Кляйне из Института исследований систем зондирования Общества Макса Планка. «Особенно показательны соотношения, в которых в организме присутствуют определенные изотопы металлов».

Изотопы — это разновидности одного и того же элемента, которые отличаются только числом нейтронов в ядре атома и, следовательно, массой.

В ранней Солнечной системе изотопы данного элемента, вероятно, были распределены неравномерно: например, на внешнем краю Солнечной системы изотопы находились в несколько ином соотношении, чем вблизи Солнца.

Таким образом, информация о происхождении исходных строительных блоков хранится в изотопном составе тела.

В ходе исследования авторы с беспрецедентной точностью определили соотношение различных изотопов железа в земных и лунных породах.

Они исследовали 15 земных пород и шесть лунных образцов, привезенных на Землю астронавтами миссий «Аполлон».

Результат не вызывает удивления: как показали более ранние измерения изотопных соотношений хрома, кальция, титана и циркония, в этом отношении Земля и Луна неразличимы.

Однако большое сходство не позволяет сделать прямых выводов о Тейе. Просто существует слишком много возможных сценариев столкновений.

Хотя большинство моделей предполагают, что Луна образовалась почти исключительно из материала Тейи, также возможно, что она состоит в основном из материала ранней мантии Земли или что породы Земли и Тейи неразрывно смешались.

Чтобы узнать больше о Тейе, исследователи применили своего рода обратную разработку планет.

Основываясь на соответствии изотопных соотношений в современных земных и лунных породах, группа исследовала, какой состав и размеры Тейи и какой состав ранней Земли мог привести к этому конечному состоянию.

В ходе исследования ученые изучали не только изотопы железа, но и хрома, молибдена и циркония.

Различные элементы открывают доступ к различным фазам формирования планет.

Задолго до разрушительного столкновения с Тейей внутри молодой Земли происходил своего рода процесс сортировки.

С образованием железного ядра в нем накопились некоторые элементы, такие как железо и молибден; впоследствии они в значительной степени отсутствовали в каменистой мантии.

Таким образом, железо, обнаруженное сегодня в мантии Земли, могло попасть туда только после формирования ядра, например, на борту Тейи.

Другие элементы, такие как цирконий, которые не погрузились в ядро, документируют всю историю формирования нашей планеты.

Из математически возможных составов Тейи и ранней Земли, полученных в результате расчетов, некоторые можно исключить как невероятные.

«Наиболее убедительным сценарием является то, что большинство строительных блоков Земли и Тейи возникло во внутренней части Солнечной системы», — сказал соавтор исследования Тимо Хопп из Чикагского университета и Института исследований систем солнечной энергии имени Макса Планка. «Земля и Тейя, вероятно, были соседями. Хотя состав ранней Земли можно представить преимущественно как смесь известных классов метеоритов, в случае Тейи это не так».

Различные классы метеоритов образовались в разных областях внешней Солнечной системы.

Таким образом, они служат эталоном строительного материала, который был доступен во время формирования ранней Земли и Тейи.

Однако в случае с Тейей мог быть задействован и ранее неизвестный материал.

«Мы полагаем, что происхождение этого материала находится ближе к Солнцу, чем к Земле», - говорят авторы исследования. «Таким образом, расчеты показывают, что Тейя возникла ближе к Солнцу, чем наша планета».