Ny indsigt i Jordens formation

Selvom Jorden længe er blevet undersøgt i detaljer, mangler nogle grundlæggende spørgsmål stadig at blive besvaret. En af dem vedrører dannelsen af ​​vores planet, om hvis begyndelse forskerne stadig er uklare. Et internationalt forskerhold ledet af ETH Zürich og National Center of Competence in Research PlanetS foreslår nu et nyt svar på dette spørgsmål baseret på laboratorieforsøg og computersimuleringer. Forskerne har offentliggjort deres undersøgelse i tidsskriftet Nature Astronomy .

En uforklarlig uoverensstemmelse

"Den fremherskende teori inden for astrofysik og kosmokemi er, at Jorden er dannet ud fra kondritiske asteroider. Disse er relativt små, simple blokke af sten og metal, der dannedes tidligt i solsystemet," forklarer undersøgelsens hovedforfatter, Paolo Sossi, professor i eksperimentel Planetologi ved ETH Zürich. "Problemet med denne teori er, at ingen blanding af disse kondritter kan forklare den nøjagtige sammensætning af Jorden, som er meget dårligere i lette, flygtige grundstoffer såsom brint og helium, end vi ville have forventet."

Forskellige hypoteser er blevet fremsat gennem årene for at forklare denne uoverensstemmelse. For eksempel blev det postuleret, at kollisionerne af de objekter, der senere dannede Jorden, genererede enorme mængder varme. Dette fordampede de lette elementer og efterlod planeten i sin nuværende sammensætning.

Sossi er dog overbevist om, at disse teorier bliver gjort usandsynlige, så snart man måler isotopsammensætningen af ​​Jordens forskellige grundstoffer:"Isotoperne af et kemisk grundstof har alle det samme antal protoner, omend forskellige antal neutroner. Isotoper med færre neutroner er lettere og burde derfor lettere kunne undslippe.Hvis teorien om fordampning ved opvarmning var korrekt, ville vi finde færre af disse lette isotoper på Jorden i dag end i de oprindelige kondritter.Men det er netop, hvad isotopmålingerne ikke viser. "

En kosmisk smeltedigel

Sossis team ledte derfor efter en anden løsning. "Dynamiske modeller, hvormed vi simulerer dannelsen af ​​planeter, viser, at planeterne i vores solsystem blev dannet gradvist. Små korn voksede over tid til kilometerstore planetesimaler ved at akkumulere mere og mere materiale gennem deres tyngdekraft," forklarer Sossi. I lighed med kondritter er planetesimaler også små kroppe af sten og metal. Men i modsætning til kondritter er de blevet opvarmet tilstrækkeligt til at differentiere sig til en metallisk kerne og en stenet kappe. "Hvad mere er, planetesimaler, der er dannet i forskellige områder omkring den unge sol eller på forskellige tidspunkter, kan have meget forskellige kemiske sammensætninger," tilføjer Sossi. Spørgsmålet er nu, om den tilfældige kombination af forskellige planetesimaler faktisk resulterer i en sammensætning, der matchede Jordens.

For at finde ud af det kørte holdet simuleringer, hvor tusindvis af planetesimaler kolliderede med hinanden i det tidlige solsystem. Modellerne var designet på en sådan måde, at der med tiden blev reproduceret himmellegemer, der svarer til de fire klippeplaneter Merkur, Venus, Jorden og Mars. Simuleringerne viser, at en blanding af mange forskellige planetesimaler faktisk kunne føre til Jordens effektive sammensætning. Desuden er Jordens sammensætning selv det mest statistisk sandsynlige resultat af disse simuleringer.

En plan for andre planeter

"Selvom vi havde mistanke om det, fandt vi stadig dette resultat meget bemærkelsesværdigt," husker Sossi. "Vi har nu ikke kun en mekanisme, der bedre forklarer dannelsen af ​​Jorden, men vi har også en reference til at forklare dannelsen af ​​de andre klippeplaneter," siger forskeren. Mekanismen kunne for eksempel bruges til at forudsige, hvordan Merkurs sammensætning adskiller sig fra de andre stenplaneters. Eller hvordan stenede exoplaneter af andre stjerner kan være sammensat.

"Vores undersøgelse viser, hvor vigtigt det er at overveje både dynamikken og kemien, når man forsøger at forstå planetarisk dannelse," bemærker Sossi. "Jeg håber, at vores resultater vil føre til tættere samarbejde mellem forskere inden for disse to felter." + Udforsk yderligere

Hvorfor er der vand på Jorden?