Meteoryt marsjański zaburza teorię formacji planety

Nowe badania starego meteorytu zaprzeczają dotychczasowym poglądom na temat tego, w jaki sposób planety skaliste, takie jak Ziemia i Mars, pozyskują podczas formowania się pierwiastki lotne, takie jak wodór, węgiel, tlen, azot i gazy szlachetne. Praca została opublikowana 16 czerwca w Science.

Podstawowe założenie dotyczące powstawania planet mówi, że planety najpierw zbierają te lotne pierwiastki z mgławicy wokół młodej gwiazdy, powiedziała Sandrine Péron, doktorantka pracująca z profesorem Sujoyem Mukhopadhyayem na Wydziale Nauk o Ziemi i Planetarnych Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis.

Ponieważ w tym momencie planeta jest kulą stopionej skały, pierwiastki te początkowo rozpuszczają się w oceanie magmy, a następnie odgazowują z powrotem do atmosfery. Później meteoryty chondrytowe rozbijające się o młodą planetę dostarczają bardziej lotnych materiałów.

Naukowcy spodziewają się więc, że lotne pierwiastki we wnętrzu planety powinny odzwierciedlać skład mgławicy słonecznej, czyli mieszaninę lotnych pierwiastków słonecznych i meteorytowych, podczas gdy lotne pierwiastki w atmosferze pochodziłyby głównie z meteorytów. Te dwa źródła – słoneczne i chondrytowe – można rozróżnić na podstawie stosunku izotopów gazów szlachetnych, w szczególności kryptonu.

Mars jest szczególnie interesujący, ponieważ uformował się stosunkowo szybko – zestalił się w około 4 miliony lat po narodzinach Układu Słonecznego, podczas gdy Ziemia potrzebowała na to od 50 do 100 milionów lat.

„Możemy zrekonstruować historię dostaw lotnych substancji w ciągu pierwszych kilku milionów lat istnienia Układu Słonecznego” – powiedział Péron.

Meteoryt z wnętrza Marsa

Niektóre meteoryty, które spadają na Ziemię, pochodzą z Marsa. Większość z nich pochodzi ze skał powierzchniowych, które zostały wystawione na działanie atmosfery Marsa. Meteoryt Chassigny, który spadł na Ziemię w północno-wschodniej Francji w 1815 r., jest rzadki i niezwykły, ponieważ uważa się, że reprezentuje wnętrze planety.

Wykonując niezwykle staranne pomiary śladowych ilości izotopów kryptonu w próbkach meteorytu przy użyciu nowej metody opracowanej w Laboratorium Gazów Szlachetnych UC Davis, naukowcy mogli określić pochodzenie pierwiastków w skale.

„Ze względu na niską liczebność izotopy kryptonu są trudne do zmierzenia” – powiedział Péron.

Co zaskakujące, izotopy kryptonu w meteorycie odpowiadają izotopom pochodzącym z meteorytów chondrytowych, a nie z mgławicy słonecznej. Oznacza to, że meteoryty dostarczały lotne pierwiastki do formującej się planety znacznie wcześniej niż wcześniej sądzono, i to w obecności mgławicy, co odwraca konwencjonalne myślenie.

„Skład kryptonu we wnętrzu Marsa jest niemal czysto chondrytowy, ale atmosfera jest słoneczna” – powiedział Péron. „To jest bardzo wyraźne”.

Wyniki pokazują, że atmosfera Marsa nie mogła powstać wyłącznie poprzez odgazowanie z płaszcza, gdyż to nadałoby jej skład chondrytowy. Planeta musiała uzyskać atmosferę z mgławicy słonecznej, po ochłodzeniu się oceanu magmowego, aby zapobiec znacznemu mieszaniu się wewnętrznych gazów chondrytowych z atmosferycznymi gazami słonecznymi.

Nowe wyniki sugerują, że wzrost Marsa został zakończony, zanim mgławica słoneczna została rozproszona przez promieniowanie Słońca. Jednak promieniowanie powinno było również zdmuchnąć atmosferę mgławicową na Marsie, co sugeruje, że atmosferyczny krypton musiał zostać w jakiś sposób zachowany, być może uwięziony pod ziemią lub w polarnych czapach lodowych.

„To jednak wymagałoby, aby Mars był zimny w bezpośrednim następstwie akrecji” – powiedział Mukhopadhyay. „Podczas gdy nasze badanie wyraźnie wskazuje na gazy chondrytowe we wnętrzu Marsa, rodzi ono również kilka interesujących pytań dotyczących pochodzenia i składu wczesnej atmosfery Marsa”.

Péron i Mukhopadhyay mają nadzieję, że ich badania będą bodźcem do dalszych prac na ten temat.

Péron jest obecnie pracownikiem podoktorskim w ETH Zürich w Szwajcarii.

Źródło: University of California – Davis. Andy Fell