Ученые из Центра по изучению образования звезд и планет Копенгагенского университета и Парижского института физики Земли выяснили, что протоземля сформировалась за значительно более короткий срок, чем считалось ранее — около пяти миллионов лет. В астрономическом масштабе это очень быстро. Если возраст Солнечной системы, равный 4,57 миллиардам лет, представить в виде 24 часов, то на формирование протоземли в таком случае ушло всего полторы минуты.
Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Раньше думали, что этот процесс появления Земли значительно больше времени. Традиционно считается, что протоземля — молодая Земля — формировалась в результате случайного сталкивания и слияния более мелких тел ранней Солнечной системы, и этот процесс продолжался на протяжении нескольких десятков миллионов лет. Сначала крошечные частицы космической пыли под действием электростатических сил слипались в комки, которые со временем разрастались в глыбы. Увеличение их гравитационной силы приводило к тому, что эти глыбы сталкивались и сливались с образованием планетезималей, из которых затем возникла протоземля и другие каменистые планеты.
В своем новом исследовании ученые использовали последние данные измерений изотопов железа в различных метеоритах. Выяснилось, что по изотопным параметрам материалу Земли соответствует только один тип метеоритов — так называемые хондриты CI. Но известно, что эти хрупкие космические тела состоят из первичной космической пыли, поэтому они являются эквивалентом объемного состава самой Солнечной системы и имеют тот же возраст, что и она.
Фото: профессор Мартин Биззарро представляет различные типы метеоритов. (StarPlan, Университет Копенгагена)
Новые результаты подтверждают альтернативную гипотезу формирования планет путем аккреции космической пыли. Согласно ей, частицы пыли в протопланетном диске постепенно слипались, образуя все более крупные космические тела. Так как большое количество пыли присутствовало в протопланетном диске недолго — всего пять миллионов лет, за это время должна была сформироваться и протоземля.
«Идея заключается в том, что все начинается с пыли, — приводятся в пресс-релизе слова ведущего автора исследования, доцента Копенгагенского университета Мартина Шиллера. — Объекты миллиметрового размера все собираются вместе, обрушиваются на растущее тело и создают планету за один раз».
Другие метеориты, например с Марса, говорят о том, что изначально изотопный состав пыли, из которой формировались расположенные ближе к Солнцу планеты земной группы, был другим: «Скорее всего, из-за термической обработки пыли рядом с молодым Солнцем», — объясняет ученый.
А потом, через несколько сотен тысяч лет Солнечная система остыла. В это время с ее внешних окраин продолжала прилетать и оседать на поверхность протопланет холодная пыль с изотопным составом железа, характерным для хондритов CI.
На поверхности Марса сформировалась смесь материалов с разными изотопными составами, а на поверхности Земли мы видим только соотношение, характерное для хондритов CI. Из этого факта ученые делают вывод о том, что ко времени остывания Солнечной системы у Земли уже сформировалось ядро, в которое переместилось все железо с первичным изотопным составом.
Основываясь на полученных результатах, авторы предполагают, что и в других местах нашей галактики и Вселенной в целом планеты могли формироваться по тому же сценарию — сразу из космической пыли, гораздо быстрее, чем если бы они росли за счет случайных столкновений между более крупными космическими объектами.
По мнению авторов, гипотеза ранней аккреции легко объясняет и появление на нашей планете воды, которая могла попасть на протоземлю в составе той же космической пыли.
«Если теория ранней планетарной аккреции действительно верна, то вода, скорее всего, является просто побочным продуктом образования планет, подобных Земле, — говорит еще один автор исследования, Мартин Биззарро. — Тогда ингредиенты жизни, какой мы ее знаем, с большей вероятностью можно найти и в других местах Вселенной».
Как сообщал Realist, ранее специалисты Гарвардского университета разработали новую модель, объясняющую появление жизни на Земле.