Uluslararası araştırma ekibi, iç Güneş Sistemi’ndeki kayalık gezegenlerin izotopik bileşimini araştırdı.
Dünya ve Mars büyük ölçüde iç Güneş Sisteminde ortaya çıkan malzemeden oluşmuştu; bu iki gezegenin yapı taşlarının sadece yüzde birkaçı Jüpiteryörüngesi. liderliğindeki bir grup araştırmacı Münster Üniversitesi (Almanya) bu bulguları 22 Aralık 2021’de dergide rapor edin Bilim Gelişmeleri. Dünya, Mars ve iç ve dış Güneş Sisteminden bozulmamış yapı malzemelerinin izotopik bileşiminin bugüne kadarki en kapsamlı karşılaştırmasını sunuyorlar. Bu malzemenin bir kısmı bugün hala büyük ölçüde değişmeden göktaşlarında bulunur. Çalışmanın sonuçları, Merkür gezegenlerini oluşturan süreci anlamamız için geniş kapsamlı sonuçlara sahiptir. Venüs, Dünya ve Mars. Dört kayalık gezegenin, dış Güneş Sistemi’nden milimetre boyutunda toz çakılları biriktirerek şimdiki boyutlarına ulaştığını öne süren teori savunulamaz.
Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce Güneş Sistemimizin ilk günlerinde, genç Güneş’in yörüngesinde bir toz ve gaz diski vardı. İki teori, milyonlarca yıl içinde bu orijinal yapı malzemesinden iç kayalık gezegenlerin nasıl oluştuğunu açıklar. Daha eski teoriye göre, iç Güneş Sistemindeki toz, giderek daha büyük parçalar halinde toplanarak yavaş yavaş yaklaşık Ay’ımızın boyutuna ulaştı. Bu gezegensel embriyoların çarpışmaları sonunda iç gezegenler Merkür, Venüs, Dünya ve Mars’ı üretti. Ancak daha yeni bir teori, farklı bir büyüme sürecini tercih ediyor: Dış Güneş Sisteminden Güneş’e doğru göç eden milimetre boyutundaki toz “çakıllar”. Yolda, iç Güneş Sisteminin gezegensel embriyolarına eklendiler ve adım adım onları şimdiki boyutlarına büyüttüler.
Dört karasal gezegen: Merkür, Venüs, Dünya ve Mars. Kredi: NASA/Lunar and Planetary Institute
Her iki teori de, erken Güneş Sistemindeki koşulları ve dinamikleri yeniden yapılandırmayı amaçlayan teorik modellere ve bilgisayar simülasyonlarına dayanmaktadır; her ikisi de olası bir gezegen oluşum yolunu tanımlar. Ama hangisi doğru? Gerçekte hangi süreç gerçekleşti? Bu soruları yanıtlamak için, Münster Üniversitesi (Almanya), Observatoire de la Cote d’Azur (Fransa), California Institute of Technology (ABD), Natural History Museum Berlin (Almanya) ve Berlin Hür Üniversitesi (Almanya), kayalık gezegenler Dünya ve Mars’ın tam bileşimini belirledi.
Araştırmanın ilk yazarı olan Münster Üniversitesi’nden Dr. Christoph Burkhardt, “Dünya ve Mars’ın yapı taşlarının Güneş Sistemi’nin dışında mı yoksa iç kısmından mı kaynaklandığını öğrenmek istedik” diyor. Bu amaçla, her iki gezegenin dış, silikat açısından zengin katmanlarında küçük izlerde bulunan nadir metaller titanyum, zirkonyum ve molibden izotopları çok önemli ipuçları sağlar. İzotoplar, aynı elementin yalnızca atom çekirdeğinin ağırlığında farklılık gösteren farklı çeşitleridir.
Referans olarak meteorlar
Bilim adamları, erken Güneş Sistemi’nde bu ve diğer metal izotoplarının eşit olarak dağılmadığını varsayıyorlar. Aksine, bollukları Güneş’ten olan mesafeye bağlıydı. Bu nedenle, belirli bir cismin yapı taşlarının erken Güneş Sistemi’nde nereden geldiği hakkında değerli bilgiler içerirler.
Araştırmacılar, dış ve iç Güneş Sisteminin orijinal izotopik envanteri için bir referans olarak iki tür meteorit kullandılar. Bu kaya parçaları genellikle Mars ve Jüpiter’in yörüngeleri arasındaki bölge olan asteroit kuşağından Dünya’ya yollarını buldu. Güneş Sistemi’nin başlangıcından itibaren büyük ölçüde bozulmamış malzeme olarak kabul edilirler. Yüzde birkaça kadar karbon içerebilen sözde karbonlu kondritler Jüpiter’in yörüngesinin ötesinde ortaya çıkmış ve ancak daha sonra büyüyen gaz devlerinin etkisi nedeniyle asteroit kuşağına taşınmış olsa da, onların karbonu daha fazla tüketen kuzenleri, karbonlu olmayan kondritler , iç Güneş Sisteminin gerçek çocuklarıdır.
Mars Göktaşı Fil Moraine (EETA) 79001. Bilim adamları, çalışmada bu ve diğer Mars göktaşlarını incelediler. Kredi NASA/JSC
Dünya’nın erişilebilir dış kaya katmanlarının ve her iki meteorit türünün kesin izotopik bileşimi bir süredir incelenmiştir; bununla birlikte, Mars kayalarının karşılaştırılabilir kapsamlı bir analizi yapılmamıştır. Mevcut çalışmalarında, araştırmacılar, altı tipik Mars kaya türüne atanabilecek toplam 17 Marslı meteoritinden örnekleri incelediler. Ek olarak, bilim adamları ilk kez üç farklı metal izotopunun bolluğunu araştırdı.
Mars meteoritlerinin örnekleri önce toz haline getirildi ve karmaşık kimyasal ön işleme tabi tutuldu. Çoklu toplayıcı kullanma plazma Münster Üniversitesi Planetoloji Enstitüsü’ndeki kütle spektrometresi ile araştırmacılar, küçük miktarlarda titanyum, zirkonyum ve molibden izotoplarını tespit edebildiler. Daha sonra, bugün karbonlu ve karbonlu olmayan kondritlerde bulunan yapı malzemelerinin ölçülen bileşimlerini yeniden üretmek için Dünya ve Mars’a dahil edilmesi gereken oranı hesaplamak için bilgisayar simülasyonları yaptılar. Bunu yaparken, sırasıyla titanyum ve zirkonyum izotoplarının ve ayrıca molibden izotoplarının farklı geçmişini hesaba katmak için iki farklı birikim aşamasını dikkate aldılar. Titanyum ve zirkonyumdan farklı olarak, molibden esas olarak metalik gezegen çekirdeğinde birikir. Silikat bakımından zengin dış katmanlarda bugün hala bulunan küçük miktarlar, bu nedenle, yalnızca gezegenin büyümesinin en son aşamasında eklenmiş olabilir.
Araştırmacıların sonuçları, Dünya ve Mars’ın dış kaya katmanlarının, dış Güneş Sisteminin karbonlu kondritleri ile çok az ortak noktası olduğunu gösteriyor. Her iki gezegenin orijinal yapı taşlarının sadece yüzde dördünü oluşturuyorlar. Max Planck Enstitüsü’nün direktörü olan Münster Üniversitesi’nden Prof. Dr. Thorsten Kleine, “Erken Dünya ve Mars, dış Güneş Sistemi’nden esas olarak toz taneleri topladıysa, bu değer neredeyse on kat daha yüksek olmalıdır” diyor. Göttingen’de Güneş Sistemi Araştırması. “Bu nedenle, iç gezegenlerin oluşumuna ilişkin bu teoriyi doğrulayamayız” diye ekliyor.
Kayıp yapı malzemesi
Ancak Dünya ve Mars’ın bileşimi, karbonlu olmayan kondritlerin malzemesiyle de tam olarak uyuşmuyor. Bilgisayar simülasyonları, başka, farklı türde bir yapı malzemesinin de oyunda olması gerektiğini gösteriyor. Christoph Burkhardt, “Bilgisayar simülasyonlarımızın çıkardığı gibi bu üçüncü tip yapı malzemesinin izotopik bileşimi, Güneş Sisteminin en iç bölgesinde ortaya çıkmış olması gerektiğini ima ediyor” diye açıklıyor. Güneş’e bu kadar yakın mesafedeki cisimler asteroit kuşağına neredeyse hiçbir zaman dağılmadığından, bu malzeme neredeyse tamamen iç gezegenlere emildi ve bu nedenle meteorlarda oluşmadı. Thorsten Kleine, “Bugün artık doğrudan erişimimizin olmadığı, tabiri caizse ‘kayıp yapı malzemesi’dir” diyor.
Şaşırtıcı bulgu, gezegen oluşumu teorisi için yapılan çalışmanın sonuçlarını değiştirmiyor. Christoph Burkhardt, “Dünya ve Mars’ın görünüşe göre esas olarak iç Güneş Sistemi’nden malzeme içermesi gerçeği, iç Güneş Sistemi’ndeki büyük cisimlerin çarpışmalarından kaynaklanan gezegen oluşumuna çok iyi uyuyor” diye bitiriyor.
Referans: Christoph Burkhardt, Fridolin Spitzer, Alessandro Morbidelli, Gerrit Budde, Jan H. Render, Thomas S. Kruijer ve Thorsten Kleine tarafından “Kayıp iç güneş sistemi malzemesinden karasal gezegen oluşumu”, 22 Aralık 2021, Bilim Gelişmeleri.
DOI: 10.1126/sciadv.abj7601