Исследователи из Юго-Западного научно-исследовательского института в сотрудничестве с Йельским университетом обобщили заметные достижения научного сообщества в понимании формирования и эволюции внутренних каменистых планет, так называемых землеподобных планет. В их статье основное внимание уделяется роли поздней аккреции в долгосрочной эволюции землеподобных планет, включая их отличительные геофизические и химические свойства, а также потенциальную пригодность для жизни.
Обзор опубликован в журнале Nature
Солнечные системы формируются, когда облака газа и пыли начинают объединяться. Гравитация притягивает эти элементы вместе, образуя центральную звезду, подобную нашему Солнцу, окружённую плоским диском из уплотняющихся материалов. Наши землеподобные планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс — образовались, когда более мелкие каменистые объекты объединялись, или аккрецировали, в более крупные планетезимали и, в конечном итоге, протопланеты, когда поздние удары внесли решающий вклад. Земля, вероятно, была последней землеподобной планетой, сформировавшейся, достигнув примерно 99% своей конечной массы в течение примерно 60–100 миллионов лет после того, как первые твёрдые частицы начали уплотняться.
«Мы изучили непропорциональную роль, которую поздняя аккреция — последние 1% планетарного роста — играет в контроле долгосрочной эволюции Земли и других землеподобных планет», — сказал ведущий автор статьи доктор Симоне Марчи из отдела науки и исследований Солнечной системы Юго-Западного научно-исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо.
Различия в поздней аккреции планет могут объяснить их отличительные свойства
«Различия в поздней аккреции планет могут дать обоснование для интерпретации их отличительных свойств. Мы добились успехов в определении истории поздней аккреции, используя крупномасштабное моделирование столкновений и понимая последствия эволюции недр, коры и атмосферы», — говорится в статье.
Недавние обширные геохимические данные из метеоритов и земных пород привели к лучшему пониманию формирования планет. Благодаря этим достижениям столкновения и их различные последствия стали ключевыми процессами, влияющими на долгосрочную эволюцию землеподобных планет. Например, тектоника, состав атмосферы и вода на Венере и Земле, по-видимому, связаны с поздней аккрецией. Поверхностная изменчивость Марса и высокое соотношение масс металлов и силикатов на Меркурии также связаны с поздними крупными ударами.
«Истории столкновений должны играть решающую роль в поиске обитаемых экзопланет, подобных Земле», — сказал Марчи. «Пригодность для жизни каменистой планеты зависит от природы её атмосферы, которая связана с тектоникой плит и мантийным дегазацией. Поиск двойника Земли может быть сосредоточен на каменистых планетах со сходными физическими свойствами — массой, радиусом и расположением в обитаемой зоне, а также со сравнимой историей столкновений».
Модели дают представление об общем количестве и истории столкновений, но геологическая активность может скрыть некоторые доказательства. Научное сообщество использует лунные удары, дополнительные наблюдения и динамические модели, чтобы лучше понять и «ограничить» историю бомбардировки каменистых планет.
«Судьба материала ударника имеет решающее значение для понимания физической и химической эволюции целевого тела», — сказал Марчи. «Мы оцениваем обилие определённых элементов, которые имеют сродство к металлам в мантии и коре планетарных объектов, чтобы понять время и процессы, которые привели к формированию их ядер, мантий и коры».
Столкновения также существенно изменяют атмосферы землеподобных планет, особенно влияя на обилие летучих элементов, таких как вода и углерод, которые легко испаряются. Столкновения могут сдуть уже существующие атмосферы, или, наоборот, ударники, богатые летучими веществами, могут доставить эти компоненты на поверхность планеты и в её атмосферу. Обилие летучих веществ даёт представление о формировании, эволюции и пригодности для жизни землеподобных планет.
«Эти процессы почти наверняка сыграли роль в пребиотической химии ранней Земли, но их значение для происхождения жизни остаётся загадкой», — сказал Марчи.
Предоставлено Юго-Западным научно-исследовательским институтом.