Земля и Марс наполовину испарились во время своего рождения

Зародыши Земли и Марса были настолько горячими, что их "атмосфера", состоявшая из паров кремния и металлов, постоянно улетучивалась в космос, лишив будущие планеты примерно 40% их массы, заявляют ученые в статьях, опубликованных в журнале Nature.

"В прошлом, мы, конечно, знали, что процесс формирования планет был особенно бурным, и что Земля и другие планеты обладают уникальным химическим и изотопным составом по сравнению с астероидами, но не понимали, что эти вещи были связаны. Оказалось, что столкновения зародышей планет и их испарение в космос очень сильно влияли на состав Земли и Марса", — объясняет Ремко Хин (Remco Hin) из Бристольского университета (Великобритания).

Сегодня у ученых почти нет сомнений в том, что планеты начинают свое рождение внутри плоского газопылевого диска, заполненного мелкими частицами пыли и плотными клубами газа, а их формирование заканчивается в ходе серий столкновений планетизималей – "зародышей" планет размером с Весту или Цереру, а также крупных комет и астероидов.

С другой стороны, мы пока ничего не знаем о том, как выглядели эти зародыши планет и как именно происходили столкновения между ними. Часть ученых полагает, что планетизимали были похожи на гигантские раскаленные сферы из расплавленной магмы, а другие считают, что они были больше похожи на гигантские шары из полужидкой грязи.

Эти разногласия, как отмечает Хин, во многом связаны с тем, что даже самые древние и "чистые" породы Марса, Земли и Луны радикальным образом отличаются по своему химическому и изотопному составу от первичной материи Солнечной системы, фрагменты которой периодически падают на Землю в виде астероидов-хондритов. Пока ученые не могут объяснить эти расхождения, что мешает раскрытию истории формирования Земли и планет за пределами Солнечной системы.

Хин и его коллеги, а также другая группа ученых из Оксфорда, приблизилась к получению ответа на этот вопрос, создав первый детальный компьютерный "симулятор" ранней Солнечной системы, учитывающий все возможные физические процессы, влиявшие на формирование и столкновение планетизималей.

Эти расчеты раскрыли один интересный эффект, о котором ученые раньше не думали. Оказалось, что относительно небольшие зародыши планет, уступающие по размерам Марсу, будут иметь крайне нестабильную "атмосферу", состоящую из парообразного кремния, натрия и других металлов и прочих химических элементов.

Эта атмосфера будет постоянно подогреваться падениями других небесных тел на подобные "зародыши", и при этом она будет постоянно улетучиваться в космос, так как притяжение планетизималей будет слишком слабым для того, чтобы удерживать столь горячий "воздух" у своей поверхности.

Здесь в дело вступают законы физики, постулирующие, что чем меньше масса того или иного элемента или его изотопа, тем легче он может "сбежать" из атмосферы планеты. Благодаря этому магний, кремний и многие другие относительно легкие вещества быстрее всего испарялись из атмосферы будущей Земли и Марса.

По оценкам ученых, обе планеты могли потерять примерно 40% своей массы и лишились большей части летучих веществ и легких изотопов магния и других металлов, присутствующих в больших количествах в материи астероидов и комет. Подобным же образом, как считают ученые, могут формироваться и другие планеты за пределами Солнечной системы, и наблюдения за ними помогут проверить, так ли это на самом деле и подтвердить или опровергнуть гипотезу британских геологов.