Nowe badanie starego meteorytu przeczy obecnemu myśleniu o tym, w jaki sposób planety skaliste, takie jak Ziemia i Mars, pozyskują lotne pierwiastki, takie jak wodór, węgiel, tlen, azot i gazy szlachetne, gdy się tworzą. Praca została opublikowana 16 czerwca w Science.
Podstawowym założeniem dotyczącym formowania się planet jest to, że planety najpierw gromadzą te substancje lotne z mgławicy wokół młodej gwiazdy, powiedziała Sandrine Péron, habilitantka pracująca z profesor Sujoy Mukhopadhyay na Wydziale Nauk o Ziemi i Planetarności Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis.
Ponieważ planeta jest w tym momencie kulą stopionej skały, pierwiastki te początkowo rozpuszczają się w oceanie magmy, a następnie odgazowują z powrotem do atmosfery. Później meteoryty chondrytowe uderzające w młodą planetę dostarczają więcej lotnych materiałów.
Naukowcy spodziewają się więc, że lotne pierwiastki we wnętrzu planety powinny odzwierciedlać skład mgławicy słonecznej, czyli mieszaninę lotnych substancji słonecznych i meteorytowych, podczas gdy substancje lotne w atmosferze pochodziłyby głównie z meteorytów. Te dwa źródła – słoneczne i chondrytowe – można rozróżnić po proporcjach izotopów gazów szlachetnych, w szczególności kryptonu.
Mars jest szczególnie interesujący, ponieważ uformował się stosunkowo szybko – zestalając się w około 4 miliony lat po narodzinach Układu Słonecznego, podczas gdy Ziemia zajęła 50 do 100 milionów lat, aby się uformować.
„Możemy zrekonstruować historię niestabilnych dostaw w ciągu pierwszych kilku milionów lat Układu Słonecznego” – powiedział Péron.
Meteoryt z wnętrza Marsa
Niektóre meteoryty spadające na Ziemię pochodzą z Marsa. Większość pochodzi ze skał powierzchniowych, które zostały wystawione na działanie atmosfery Marsa. Meteoryt Chassigny, który spadł na Ziemię w północno-wschodniej Francji w 1815 roku, jest rzadki i niezwykły, ponieważ uważa się, że reprezentuje wnętrze planety.
Dokonując niezwykle dokładnych pomiarów niewielkich ilości izotopów kryptonu w próbkach meteorytu przy użyciu nowej metody opracowanej w Laboratorium Gazu Szlachetnego UC Davis, naukowcy mogli wywnioskować pochodzenie pierwiastków w skale.
„Ze względu na niewielką liczbę izotopów kryptonu trudno jest je zmierzyć” – powiedział Péron.
Co zaskakujące, izotopy kryptonu w meteorycie odpowiadają izotopom meteorytów chondrytowych, a nie mgławicy słonecznej. Oznacza to, że meteoryty dostarczały lotne pierwiastki do tworzącej się planety znacznie wcześniej niż wcześniej sądzono, aw obecności mgławicy odwracały konwencjonalne myślenie.
„Skład marsjańskiego wnętrza kryptonu jest prawie czysto chondrytowy, ale atmosfera jest słoneczna” – powiedział Péron. „Jest bardzo wyraźny”.
Wyniki pokazują, że atmosfera Marsa nie mogła powstać wyłącznie poprzez odgazowanie z płaszcza, ponieważ nadałoby to jej skład chondrytowy. Planeta musiała uzyskać atmosferę z mgławicy słonecznej po ochłodzeniu oceanu magmy, aby zapobiec znacznemu mieszaniu się wewnętrznych gazów chondrytowych z atmosferycznymi gazami słonecznymi.
Nowe wyniki sugerują, że wzrost Marsa zakończył się, zanim mgławica słoneczna została rozproszona przez promieniowanie słoneczne. Ale promieniowanie powinno również wydmuchać mgławicową atmosferę na Marsie, co sugeruje, że atmosferyczny krypton musiał w jakiś sposób zostać zachowany, prawdopodobnie uwięziony pod ziemią lub w polarnych czapach lodowych.
„Jednakże wymagałoby to, aby Mars był zimny w bezpośrednim następstwie jego akrecji” – powiedział Mukhopadhyay. „Chociaż nasze badanie wyraźnie wskazuje na gazy chondrytowe we wnętrzu Marsa, rodzi to również kilka interesujących pytań dotyczących pochodzenia i składu wczesnej atmosfery Marsa”.
Péron i Mukhopadhyay mają nadzieję, że ich badania pobudzą dalszą pracę nad tym tematem.
Péron jest obecnie stażystą podoktoranckim w ETH Zürich w Szwajcarii.