Zemlja in Mars sta nastala v istem mladem Osončju, razmeroma blizu drug drugega. Zato bi pričakovali tudi podobno zgodbo njunega nastanka. Nova raziskava kaže drugače: pri Zemlji izstopa najmanj približno 75-odstotni delež, pri Marsu pa le okoli 27-odstotni.

Nastajanje Zemlje in Marsa v zgodnjem Osončju – umetniška upodobitev. (slika: Dnevne Novice / AI ilustracija)

Kemični zapis razkriva zgodbo iz začetkov Osončja

Dogodkov izpred več kot 4,5 milijarde let ne moremo neposredno opazovati. Lahko pa iščemo sledi, ki so jih pustili za seboj.

Prav to so naredili avtorji raziskave, objavljene 25. septembra v reviji Nature Astronomy. Osredotočili so se na kemično sestavo kamnitih planetov, predvsem na osiromašenje zmerno hlapnih elementov, in preverili, ali je mogoče iz tega rekonstruirati poti, po katerih sta rasla Zemlja in Mars.

Rezultati ne podpirajo preproste slike, po kateri bi oba planeta nastala po približno enakem receptu. Pri njunem oblikovanju so sodelovali različni gradniki in procesi, njihova vloga pa je bila pri vsakem planetu drugačna.

Danes imajo astronomi veliko prednost: mlade planetarne sisteme lahko opazujejo med njihovim razvojem. Nedavna opazovanja so denimo pokazala, kako astronomi danes opazujejo planet, ki še vedno nastaja. Pri Zemlji in Marsu je treba zgodbo sestaviti drugače – iz kemičnih sledi, ki so preživele milijarde let.

Pri Zemlji izstopa 75 odstotkov

Pri našem planetu je rezultat precej izrazit.

Referenčni model najbolje pojasni kemično sestavo Zemljinega silikatnega dela, če je najmanj približno 75 odstotkov materiala izviralo iz dveh protoplanetov, ki sta svojo maso pred tem večinoma pridobila z akrecijo drobnega trdnega materiala oziroma tako imenovanih kamenčkov.

Do približno četrtine bi lahko prispevali zgodaj nastali planetesimali s sestavo, podobno asteroidu Vesta.

Pri številki 75 odstotkov je potrebna previdnost. Ne pomeni, da je tri četrtine današnje Zemlje preprosto nastalo iz majhnih kamenčkov. Model govori o dveh večjih predhodnikih našega planeta, ki sta večino svoje mase že pred tem pridobila z zbiranjem drobnega materiala v protoplanetarnem disku.

NASA nastajanje planetov opisuje kot proces, ki se začne v diskih plina in prahu okoli mladih zvezd. Drobni delci se združujejo, nastajajo vse večja telesa, nadaljnje kopičenje materiala in trki pa lahko vodijo do planetesimalov, protoplanetov in nazadnje planetov.

Takšna zgodnja rast lahko v planetu pusti kemični podpis, ki je berljiv še milijarde let pozneje.

Mars razkrije skoraj obrnjeno razmerje

Pri Marsu se slika močno spremeni.

Po referenčnem modelu je z akrecijo kamenčkov povezanih približno 27 ± 5 odstotkov njegove mase. Kar 73 ± 5 odstotkov naj bi predstavljal prispevek planetesimalov s kemičnimi lastnostmi, podobnimi Vesti.

Primerjava je zato izrazita: pri Zemlji model zahteva najmanj približno 75-odstotni prispevek protoplanetov, ki so rasli predvsem z akrecijo kamenčkov, pri Marsu pa je primerljivi delež okoli 27 odstotkov.

To ne pomeni, da sta sosednja planeta nastala po dveh povsem ločenih mehanizmih. Pri obeh gre za kombinacijo procesov. Bistveno drugačno je razmerje med gradniki, ki so sodelovali pri njuni rasti.

Tudi ko so avtorji preverili alternativne scenarije za Mars, se osnovna slika ni obrnila. Prispevek zgodaj nastalih planetesimalov je v vseh testiranih različicah ostal prevladujoč in presegal približno 65 odstotkov.

Elementi so ohranili sledi dogajanja

Zakaj lahko današnja kemična sestava sploh pove kaj o tako oddaljeni preteklosti?

Pomembni so zmerno hlapni elementi. Pri segrevanju se izgubljajo lažje kot najbolj odporni kamninotvorni elementi, zato njihova zastopanost nosi informacije o razmerah, skozi katere je šel material med oblikovanjem planeta.

Zemljin in Marsov plašč sta v primerjavi z začetnim materialom Osončja za nekatere od teh elementov osiromašena. Avtorji so modelirali, kako bi lahko takšni vzorci nastali med rastjo in segrevanjem planetarnega materiala.

Gre torej za sled procesa, ki ga danes ni več mogoče neposredno videti.

Prejšnje raziskave so že pokazale, da je lahko akrecija drobnega materiala pomemben del nastajanja Zemlji podobnih svetov. Nova analiza pa naredi dodaten korak: različne poti rasti primerja s kemičnim zapisom Zemlje in Marsa.

Enak pristop bi lahko razkrival oddaljene svetove

Pomen raziskave se s sosednjima planetoma ne konča.

Podobne vzorce osiromašenja hlapnih elementov so astronomi zaznali tudi v kamnitem materialu zunaj našega Osončja. Če bo mogoče takšen kemični podpis dovolj zanesljivo povezati z načinom nastanka planeta, bi lahko iz sestave oddaljenih kamnitih svetov nekoč sklepali tudi o njihovi zgodovini.

Pomembno je namreč, koliko hlapnih snovi planet med oblikovanjem izgubi in koliko jih pozneje ponovno pridobi. To lahko vpliva na lastnosti sveta, ki na koncu nastane, ter na razmere, ki se pozneje razvijejo na njegovem površju in v atmosferi.

Zemlja in Mars sta tako lahko nekakšen bližnji laboratorij za vprašanje, ki sega precej dlje od našega planetarnega sistema: koliko lahko današnja sestava planeta pove o njegovih prvih milijonih let?

Zemlja je tudi arhiv svoje preteklosti

Našega planeta iz časa njegovega nastajanja ne bomo nikoli videli. Toda del tiste zgodbe je ostal zapisan v materialu pod našimi nogami.

Mars hrani drugačen zapis. In prav zato je primerjava tako uporabna.

Oba planeta sta nastala v istem mladem Osončju, danes sta soseda in oba sta kamnita. Kljub temu nova analiza kaže na izrazito različna razmerja gradnikov, iz katerih sta zrasla.

Razlike med Zemljo in Marsom torej niso nujno samo posledica tega, kar se je z njima dogajalo pozneje. Del zgodbe se je lahko začel že veliko prej – ko Zemlje in Marsa v današnji obliki sploh še ni bilo.