I enlighet med den nebulära hypotesen tros solsystemet ha bildats genom processen med ackretion. I huvudsak började detta när ett massivt moln av damm och gas (alias solnebulan) upplevde en gravitationskollaps i dess centrum och födde solen. Det återstående dammet och gasen bildades sedan till en protoplanetärisk skiva runt solen, som gradvis sammanfogades för att bilda planeterna.
Mycket om processen för hur planeterna utvecklats för att bli distinkta i sina kompositioner har dock förblivit ett mysterium. Lyckligtvis har en ny studie av ett forskargrupp från University of Bristol närmar sig ämnet med ett nytt perspektiv. Genom att undersöka en kombination av jordprover och meteoriter har de kastat nytt ljus på hur planeter som Jorden och Mars bildades och utvecklades.
Studien, med titeln "Magnesiumisotop bevis på att Accretional Vapor Loss Shapes Planetetary Compositions", dykte nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Natur. Ledd av Remco C. Hin, en ledande forskningsassistent från School of Earth Sciences vid University of Bristol, jämför teamet prover av sten från Jorden, Mars och Asteroid Vesta för att jämföra nivåerna av magnesiumisotoper inom dem.
Deras studie försökte svara på vad som har varit en långvarig fråga i det vetenskapliga samfundet - dvs bildade planeterna som de är i dag, eller fick de sina distinkta kompositioner över tid? Som Dr. Remco Hin förklarade i ett pressmeddelande från University of Bristol:
”Vi har lagt fram bevis för att en sådan händelseförlopp inträffade i bildandet av jorden och Mars med hjälp av hög precision i mätningar av deras magnesiumisotopkompositioner. Magnesiumisotopförhållandena ändras till följd av förlust av silikatånga, som företrädesvis innehåller de lättare isotoperna. På detta sätt uppskattade vi att mer än 40 procent av jordens mass förlorades under dess konstruktion. Detta cowboybyggande jobb, som en av mina medförfattare beskrev det, var också ansvarigt för att skapa jordens unika komposition.”
För att bryta ner det består ackretionen av klumpar av material som kolliderar med angränsande klumpar för att bilda större föremål. Denna process är mycket kaotisk, och material går ofta förlorade och ackumuleras på grund av den extrema värmen som genereras av dessa höghastighetskollisioner. Denna värme tros också ha skapat hav av magma på planeterna när de bildades, för att inte tala om tillfälliga atmosfärer av förångat berg.
Tills planeterna blev ungefär lika stora som Mars, var deras gravitationskraftskraft för svag för att hålla fast vid dessa atmosfärer. Och när fler kollisioner ägde rum, skulle sammansättningen av denna atmosfär och planeterna själva förändras väsentligt. Hur exakt de jordiska planeterna - Merkurius, Venus, Jorden och Mars - erhöll sina nuvarande, flyktiga-fattiga kompositioner över tid är vad forskarna hoppats ta itu med.
Till exempel tror vissa att planets nuvarande kompositioner är resultatet av speciella kombinationer av gas och damm under de tidigaste perioderna av planetbildning - där markplaneter är silikat / metallrika, men flyktiga dåliga, på grund av vilka element som var mest riklig närmast solen. Andra har föreslagit att deras nuvarande sammansättning är en följd av deras våldsamma tillväxt och kollisioner med andra organ.
För att belysa detta analyserade Dr. Hin och hans medarbetare jordprover tillsammans med meteoriter från Mars och asteroiden Vesta med hjälp av en ny analytisk strategi. Denna teknik kan erhålla mer exakta mätningar av magnesiumisotoprationer än någon tidigare metod. Denna metod visade också att alla differentierade kroppar - som Jorden, Mars och Vesta - har isotopiskt tyngre magnesiumkompositioner än kondritiska meteoriter.
Från detta kunde de dra tre slutsatser. För det första fann de att Jorden, Mars och Vesta har distinkta magnesiumisotoprationer som inte kunde förklaras med kondensation från solnebulan. För det andra noterade de att studien av tunga magnesiumisotoper avslöjade att planeterna i alla fall förlorade cirka 40% av sin massa under sin bildningsperiod, efter upprepade avsnitt av förångning.
Slutligen bestämde de att tillträdesprocessen resulterar i andra kemiska förändringar som genererar jordens unika kemiska egenskaper. I korthet visade deras studie att Jorden, Mars och Vesta alla upplever betydande materialförluster efter bildning, vilket innebär att deras märkliga kompositioner troligen var resultatet av kollisioner över tid. Som Dr Hin tillade:
”Vårt arbete förändrar våra åsikter om hur planeter uppnår deras fysikaliska och kemiska egenskaper. Även om det tidigare var känt att bygga planeter är en våldsam process och att sammansättningarna av planeter som Jorden är distinkta, var det inte tydligt att dessa funktioner var länkade. Vi visar nu att ångförlust under de höga energikollisionerna av planetär förankring har en djupgående effekt på planets sammansättning. "
Deras studie visade också att denna våldsamma formningsprocess kunde vara karakteristisk för planeter i allmänhet. Dessa fynd är inte bara betydande när det gäller bildandet av solsystemet, utan också av extra solplaneter. När det är dags att utforska avlägsna stjärnsystem, kommer de distinkta kompositionerna på deras planeter att berätta mycket om förhållandena från vilka de bildades och hur de kom till.
