Левый столбец: И цветовая полоса, и изолинии показывают качество подгонки как функцию радиуса планетезималей R и времени аккреции t0 для хондритов CR1-3 (первый ряд) и хондрита Фленсбурга (второй ряд). Правый столбец: Термическая эволюция на глубинах наилучшего соответствия d соответствующих метеоритов для репрезентативных наилучших родительских тел, обозначенных красными точками в левом столбце. Источник: Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-63768-4
Данные о возрасте некоторых классов метеоритов позволили получить новые данные о происхождении небольших, богатых водой астрономических тел в ранней солнечной системе. Эти так называемые планетезимали постоянно поставляли строительные материалы для планет, в том числе и для Земли, первоначальный материал которой содержал мало воды.
Земля получила свою настоящую воду через планетезимали, которые возникли при низких температурах во внешней солнечной системе. Лед там был доступен в виде твердотельной воды — в отличие от малых тел, которые эволюционировали раньше и были слишком горячими для этого, находясь ближе к солнцу.
Вычислительные модели, созданные международной исследовательской группой при участии ученых-геологов из Гейдельбергского университета, показали это на основе данных о возрасте, из которых они также смогли прочитать термическую эволюцию родительских тел. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
Планеты нашей солнечной системы образовались вместе со своей материнской звездой, и Земля сделала то же самое, появившись около 4,5 миллиардов лет назад вокруг Солнца. Это произошло в обитаемой зоне, что означало, что вода могла существовать в жидкой форме на ее поверхности. Земля, как и другие планеты, также выросла из планетезималей. Они возникают, когда большие количества частиц пыли аккрецируются в зонах высокого давления диаметром в несколько тысяч километров и разрушаются под действием собственной гравитации.
«Эти малые тела не просто поставляли строительный материал для планет», — объясняет профессор, доктор Марио Трилофф, который руководит Лабораторией космохимии Клауса Чиры в Институте наук о Земле Гейдельбергского университета. Они также являются источником воды на Земле, добавляет ученый.
Обстоятельства, при которых на самом деле возникли планетезимали в ранней солнечной системе, и было ли это возможно в течение значительных периодов времени, до сих пор окончательно не выяснены. Важную информацию в этом отношении предоставляют данные о возрасте некоторых классов метеоритов, которые на каком-то этапе отделились от малых планет.
В сотрудничестве с коллегами из Берлина, Байройта и Цюриха (Швейцария) ученые из Гейдельберга вывели термическую эволюцию и точку происхождения материнских тел из этих данных. Они показывают, что некоторые из планетезималей образовались очень быстро, то есть менее чем за 2 миллиона лет. В этом случае они нагревались так сильно, что расплавлялись и теряли все летучие элементы, включая воду.
Другие планетезимали, согласно результатам текущего исследования, возникли позже при более низких температурах во внешней части Солнечной системы; они частично смогли сохранить свою воду, связанную в кристаллах.
Тот факт, что эти малые тела также могли непрерывно формироваться на более поздних этапах развития Солнечной системы, по мнению ученых, объясняется различными замедляющими эффектами, противодействующими механизмам быстрого зарождения, например, столкновениями между пылевыми агломератами — строительными материалами планетезималей, — которые препятствовали быстрому росту малых планет.
«В процессе своего роста Земля аккумулировала такие малые богатые водой планеты или их фрагменты в форме астероидов или метеоритов, и это единственная причина, по которой она не стала абсолютно сухой планетой, непригодной для жизни», — говорит доктор Владимир Нойманн, первый автор исследования, основанного на исследованиях, проведенных в Гейдельбергском университете, Институте планетарных исследований Немецкого аэрокосмического центра и Институте геодезии Технического университета Берлина.
Поскольку происхождение планетезималей в экзопланетных планетных системах основано на тех же физических законах, что и в нашей солнечной системе, ученые предполагают, что в других регионах космоса также могут быть планеты, подобные Земле. Если они получили воду от малых тел в ходе своей эволюционной истории, они могли бы соответствовать предпосылкам для возникновения жизни, считает профессор Трилофф.
Информация от: Гейдельбергским университетом
