Земля, Марс и Меркурий образовались рядом, но их химический состав заметно различается. От самой восстановленной, «металлической» Меркурия до более окисленного Марса прослеживается чёткий градиент. Похожая картина наблюдается и в поясе астероидов. Долгое время оставалось неясно, как совместить эту химическую мозаику с популярными моделями формирования планет.
Новое исследование предлагает простое и элегантное решение, объединяющее динамику планет и химию вещества ранней Солнечной системы.
Кольцо, из которого выросли планеты
Современные модели хорошо воспроизводят орбиты земных планет, если предположить, что они выросли из узкого кольца твёрдого вещества внутри орбиты Земли. Но у такого сценария есть проблема: он не объясняет, откуда взялись различия в химическом составе планет и астероидов.
Авторы работы предложили, что в ранней Солнечной системе существовало два основных резервуара вещества:
- плотное, богатое тугоплавкими элементами кольцо внутри 1 астрономической единицы;
- более разреженный диск планетезималей за орбитой Земли, с разной степенью окисленности — от материала, похожего на энстатит, до обычных хондритов.
Роль гигантов и газового диска
Ключевым элементом модели стал так называемый сметающий секулярный резонанс. Он возникает из-за совместного влияния:
- газового протопланетного диска;
- аэродинамического торможения мелких тел;
- гравитационных возмущений от Юпитера и Сатурна, находившихся в орбитальном резонансе.
По мере эволюции диска этот резонанс медленно смещался внутрь, захватывая планетезимали из внешнего диска и собирая их в плотное кольцо.
Как появился Марс
По результатам численных N-body моделирований, именно это мигрирующее кольцо стало строительным материалом Марса. Оно двигалось внутрь, накапливало массу, а затем формировало планету с относительно окисленным составом — таким, каким мы его и наблюдаем сегодня.
При этом часть вещества из внешнего диска попадала и на растущую Землю, объясняя присутствие более окисленных компонентов в её составе.
Судьба астероидов и метеоритов
Не всё вещество было поглощено планетами. Часть планетезималей:
- была внедрена в пояс астероидов;
- стала родительскими телами астероидов и неуглеродистых железных метеоритов.
При этом самый восстановленный, «металлический» материал из внутреннего кольца не попал в пояс астероидов. Именно поэтому такие вещества практически не представлены в метеоритных коллекциях на Земле.
Почему это важно
Предложенная модель впервые одновременно объясняет:
- орбитальную структуру земных планет;
- химический и изотопный градиент от Меркурия к Марсу;
- распределение типов астероидов и метеоритов.
Важная деталь — всё это происходит в условиях маловязкого протопланетного диска, где основную роль играет магнитно-управляемый звёздный ветер, а не классическая турбулентность.
Новый взгляд на происхождение Земли
Согласно этой работе, Земля и её соседи — результат смешения вещества из двух разных зон ранней Солнечной системы, а не продукта одного локального «строительного склада».
Модель двух источников и сметающего резонанса связывает воедино динамику планет, химию метеоритов и эволюцию газового диска. Она показывает, что разнообразие земных планет — это не случайность, а естественный итог сложной, но логичной истории формирования Солнечной системы.
Источники:
Статья создана по материалам работы на arXiv.org
