Dünya ve Mars, iç güneş sistemi malzemesinden oluştu

Dünya ve Mars, büyük ölçüde iç güneş sisteminden kaynaklanan malzemeden oluşmuştur; bu iki gezegenin yapı taşlarının sadece yüzde birkaçı Jüpiter’in yörüngesinin ötesinde ortaya çıktı. Münster Üniversitesi (Almanya) liderliğindeki bir grup araştırmacı bu bulguları bugün dergide rapor ediyor 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, Venüs, Dünya ve Mars gezegenlerini oluşturan süreci anlamamız için geniş kapsamlı sonuçlara sahiptir. Dört kayalık gezegenin, dış güneş sisteminden gelen milimetre büyüklüğündeki toz çakıllarını biriktirerek şimdiki boyutlarına ulaştığını öne süren teori savunulamaz.

Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce, güneş sistemimizin ilk günlerinde, genç güneşin yörüngesinde bir toz ve gaz diski vardı. İki teori, milyonlarca yıl boyunca, bu orijinal yapı malzemesinden iç kayalık gezegenlerin nasıl oluştuğunu açıklar. Daha eski teoriye göre, iç güneş sistemindeki toz, giderek daha büyük parçalara toplanarak, yavaş yavaş yaklaşık olarak ayımızın 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 güneşe doğru göç eden milimetrik boyutlu toz “çakıl taşları”. Yolda, iç güneş sisteminin gezegensel embriyolarına eklendiler ve adım adım onları şimdiki boyutlarına büyüttüler.

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? 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. Çalışmanın ilk yazarı olan Münster Üniversitesi’nden Dr. Christoph Burkhardt, “Dünya ve Mars’ın yapı taşlarının dış güneş sisteminden mi yoksa iç güneş sisteminden mi kaynaklandığını öğrenmek istedik” diyor. Bu amaçla, her iki gezegenin dış, silikat açısından zengin katmanlarında çok küçük izlerde bulunan nadir metaller titanyum, zirkonyum ve molibden izotopları önemli ipuçları sağlar. İzotoplar, aynı elementin yalnızca atom çekirdeğinin ağırlığında farklılık gösteren farklı çeşitleridir.

Referans olarak meteorlar

Bilim adamları, erken güneş sisteminde bu ve diğer metal izotoplarının eşit olarak dağılmadığını varsayıyorlar. Aksine, bollukları güneşten olan mesafeye bağlıydı. Bu nedenle, belirli bir cismin yapı taşlarının erken güneş sisteminde nereden geldiği hakkında değerli bilgiler içerirler.

Dış ve iç güneş sisteminin orijinal izotopik envanteri için bir referans olarak, araştırmacılar iki tür meteorit kullandılar. Bu kaya parçaları genellikle Mars ve Jüpiter’in yörüngeleri arasındaki bölge olan asteroit kuşağından Dünya’ya yollarını buldu. Güneş sisteminin 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.

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. Münster Üniversitesi Planetoloji Enstitüsü’nde çok toplayıcılı bir plazma kütle spektrometresi kullanan araştırmacılar, daha sonra küçük miktarlarda titanyum, zirkonyum ve molibden izotoplarını tespit edebildiler. Daha sonra, bugün karbonlu ve karbonlu olmayan kondritlerde bulunan yapı malzemesinin 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 kondritleriyle 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, esas olarak dış güneş sisteminden 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, “Bu üçüncü tip yapı malzemesinin bilgisayar simülasyonlarımızdan anlaşıldığı üzere izotopik bileşimi, güneş sisteminin en iç bölgesinde ortaya çıkmış olması gerektiğini ima ediyor” diye açıklıyor. Güneşe bu kadar yakın olan cisimler asteroit kuşağına neredeyse hiçbir zaman dağılmadığından, bu malzeme neredeyse tamamen iç gezegenler tarafından 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 sisteminden malzeme içermesi gerçeği, iç güneş sistemindeki büyük cisimlerin çarpışmalarından kaynaklanan gezegen oluşumuna çok iyi uyuyor.”