Около 4,5 миллиардов лет назад произошло важнейшее событие в истории Земли: огромное небесное тело под названием Тейя столкнулось с молодой Землёй. До сих пор неясно, как именно происходило столкновение и что случилось после него, однако известно, что в результате изменились размер, состав и орбита Земли, а также что это столкновение ознаменовало рождение нашего постоянного спутника в космосе — Луны.
Какие вопросы возникают?
* Каким было тело, которое так сильно изменило ход развития нашей планеты?
* Насколько большой была Тейя?
* Из чего она состояла?
* Откуда она прилетела в Солнечную систему?
Найти ответы на эти вопросы сложно. Ведь Тейя была полностью уничтожена при столкновении. Тем не менее её следы можно найти и сегодня, например, в составе современной Земли и Луны.
Исследование
В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи под руководством Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка (MPS) и Чикагского университета используют эту информацию, чтобы определить возможный «список ингредиентов» Тейи — и, таким образом, её место происхождения.
«Состав тела хранит всю историю его формирования, включая место происхождения», — сказал Торстен Кляйне, директор MPS и соавтор нового исследования.
Отношения, в которых присутствуют определённые изотопы металлов, особенно показательны. Изотопы — это варианты одного и того же элемента, которые отличаются только количеством нейтронов в атомном ядре — и, следовательно, весом.
В ранней Солнечной системе изотопы данного элемента, вероятно, были распределены неравномерно. На внешнем краю Солнечной системы, например, изотопы встречались в несколько ином соотношении, чем вблизи Солнца. Информация о происхождении первоначальных строительных блоков хранится в изотопном составе тела.
Как проводилось исследование
В исследовании исследовательская группа определила соотношение различных изотопов железа в земных и лунных породах с беспрецедентной точностью. Для этого они изучили 15 земных пород и шесть образцов лунного грунта, которые астронавты миссии «Аполлон» привезли на Землю.
Результат едва ли удивителен: как показали предыдущие измерения соотношений изотопов хрома, кальция, титана и циркония, Земля и Луна в этом отношении неразличимы.
Однако большое сходство не позволяет сделать прямых выводов о Тейе. Слишком много существует возможных сценариев столкновения. Хотя большинство моделей предполагают, что Луна была сформирована почти исключительно из материала Тейи, возможно также, что она состоит в основном из материала мантии ранней Земли или что породы с Земли и Тейи смешались неразделимо.
Чтобы узнать больше о Тейе, исследователи применили своего рода обратный инжиниринг для планет. Основываясь на совпадающих соотношениях изотопов в современных земных и лунных породах, команда рассчитала, какие составы и размеры Тейи и какой состав ранней Земли могли привести к такому финальному состоянию.
В своих исследованиях учёные рассмотрели не только изотопы железа, но и хрома, молибдена и циркония. Различные элементы дают доступ к разным фазам формирования планет.
Задолго до разрушительного столкновения с Тейей внутри ранней Земли произошёл своего рода процесс сортировки. С формированием железного ядра некоторые элементы, такие как железо и молибден, накапливались там; впоследствии они практически отсутствовали в каменистой мантии.
Железо, обнаруженное сегодня в мантии Земли, могло появиться только после формирования ядра, например, на Тейе. Другие элементы, такие как цирконий, который не утонул в ядре, документируют всю историю формирования нашей планеты.
Из математически возможных составов Тейи и ранней Земли, полученных в результате расчётов, некоторые можно исключить как неправдоподобные.
«Наиболее убедительный сценарий заключается в том, что большинство строительных блоков Земли и Тейи возникли во внутренней Солнечной системе. Земля и Тейя, вероятно, были соседями», — сказал Тимо Хопп, учёный из MPS и ведущий автор нового исследования.
Исследователи полагают, что происхождение ранее неизвестного материала, возможно, участвовавшего в формировании Тейи, находится ближе к Солнцу, чем Земля. Таким образом, расчёты предполагают, что Тейя возникла ближе к Солнцу, чем наша планета.
Предоставлено Обществом Макса Планка.