Martin Schiller en Martin Bizzarro van de Universiteit van Kopenhagen, en Vera Assis Fernandes van het Natural History Museum in Berlijn, hebben een nieuw model voor het zonnestelsel voorgesteld om verschillen in de isotopensamenstelling van planeten te verklaren. De auteurs verwerpen de veronderstelling dat grote en kleine objecten gelijktijdig groeiden, maar met verschillende snelheden, en geloven dat de groei van kleine lichamen eerder eindigde dan grote.
Bijna alle experts geloven tegenwoordig dat de zon en de planeten zijn gevormd uit een enkele protoplanetaire wolk. 99,9% van de massa van deze schijf viel op het licht. Toen de zon uitbarstte, veegde de zonnewind lichte waterstof en helium weg uit de directe omgeving van de ster, dus de gasreuzen zijn nu buiten de baan van Mars.
Onder de stralen van een jonge ster werd protoplanetair stof gesinterd tot korrels die chondrulen worden genoemd. Deze korrels bleven aan elkaar plakken en vormden kleine steentjes - chondrieten. Overigens is het dit "bouwafval" dat 90% van de meteorieten op aarde uitmaakt.
Geleidelijk bleven chondrieten aan elkaar plakken tot steeds grotere lichamen - planetesimalen. De zwaartekracht voorzag hen van een instroom van vers materiaal, en deze "embryo's" groeiden tot de grootste planeten werden, en de rest - asteroïden. Toen de reserves van kosmisch stof in de protoplanetaire schijf uitgeput waren, eindigde de groei van lichamen in het zonnestelsel.
De klassieke theorie gaat ervan uit dat alle lichamen in het zonnestelsel tegelijkertijd groeiden, maar met verschillende snelheden. Hoe massiever het lichaam, des te krachtiger de zwaartekracht en des te meer omringende materie het zal verzamelen, waardoor het nog groter wordt. Dit is het sneeuwbalprincipe, of, wetenschappelijk gezien, positieve feedback. Deze wet regelt de groei van steden (mensen gaan liever naar megasteden, waar meer geld en kansen zijn, waardoor ze nog meer groeien), de prevalentie van talen (hoe meer mensen een taal kennen, hoe meer prikkels om het te leren), enzovoort.
Zonder de rest van de theorie in twijfel te trekken, verwerpen Schiller en zijn collega's dit groeimodel. Naar hun mening slaagden de kleine lichamen er niet in om te groeien, omdat ze de hechting van materiaal eerder hadden voltooid (zoals experts zeggen, aanwas).
Zoals het tijdschrift Nature in een recensie van het werk meldt, werden de auteurs geïnspireerd door het verschil in isotopensamenstelling van verschillende lichamen in het zonnestelsel. De auteurs bestudeerden namelijk de verhouding van calciumisotopen 48Ca en 44Ca op aarde, Mars, Vesta en in monsters van zeldzame soorten meteorieten: ureilieten en angrieten.
Als alle planeten en asteroïden in één proces zijn gevormd uit hetzelfde kosmische stof, waarom is de verhouding van deze isotopen dan anders? Dit wordt meestal geassocieerd met verschillende afstanden tot de zon en, dienovereenkomstig, verschillende temperaturen.
Promotie video:
De auteurs ontdekten echter dat de verhouding van calciumisotopen afhangt van de massa van het hemellichaam. De massa's van de aarde, Mars en Vesta zijn bekend uit astronomische waarnemingen, en de geschatte massa's van objecten, waarvan de fragmenten meteorieten zijn, werden gereconstrueerd door wetenschappers op basis van de eigenschappen van "hemelse gasten".
De verhouding van isotopen 48 Ca / 44 Ca seconde wordt gemeten door μ48Ca. Het wordt als volgt berekend: μ 48 Ca = (48 Ca / 44 Ca hemellichaam - 48 Ca / 44 Ca aarde) / (48 Ca / 44 Ca aarde). Vanwege het feit dat de verschillen in isotopensamenstelling klein zijn, wordt μ 48 Ca gemeten in deeltjes per miljoen (ppm). Voor de aarde μ 48 Ca = 0, en voor andere lichamen kan deze waarde per definitie zowel positief als negatief zijn.
Schiller en collega's suggereerden dat het binnenste deel van de protoplanetaire schijf, gelegen in de huidige baan van Jupiter, lage μ 48 Ca- waarden had van ongeveer minus 150 ppm). Dit materiaal was voldoende voor planetesimalen om te groeien tot de grootte van het lichaam - het thuisland van de Ureilites (200 kilometer in diameter).
Toen stopten sommige van deze lichamen met groeien. Degenen die bleven groeien, verhoogden hun massa al vanwege het buitenste deel van de schijf met μ 48 Ca ongeveer 200 ppm (een waarde die typisch is voor chondrieten die zich buiten de baan van Jupiter vormden). Dus hoe langer de groei doorging, hoe groter de eindwaarde van μ 48 Ca was. Vesta, gestopt bij een diameter van 530 kilometer, heeft minus 100 ppm, Mars - minus 20 ppm, en de aarde is, zoals eerder vermeld, 0 ppm.
Maar wat was de kracht die ervoor zorgde dat sommige van deze lichamen stopten met groeien? Dit zou een complexe zwaartekrachtsinteractie kunnen zijn tussen de "embryo's van de planeten", die hun traject veranderen. De huidige planeten, met hun bijna cirkelvormige banen in het vlak van de protoplanetaire schijf, zwierven door de rijkste delen van het ontluikende systeem en bleven daarom groeien. Verliezers echter, die zich tot langwerpig uitstrekten en misschien in een ander vlak van het traject lagen, bleven op een hongerdieet.
De conclusie over de verschillende leeftijden van de monsters wordt ook bevestigd door datering door het gehalte aan radioactieve isotopen.
Er kan echter niet worden gezegd dat het nieuwe model geen problemen heeft. Zo zijn er voor haar lastige vragen in verband met de vorming van de maan. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) vertelde in detail over de botsing van de aarde met Theia, waardoor onze satelliet werd geboren. Meestal wordt aangenomen dat Theia aanzienlijk kleiner was dan de aarde, maar uit de theorie van de auteurs volgt dat twee lichamen met dezelfde massa in botsing kwamen. Dit strookt niet met enkele bekende feiten.
Bovendien zijn er studies die aantonen dat de instroom van materie vanuit het buitenste deel van de protoplanetaire schijf al stopte in de eerste miljoenen jaren van zijn bestaan als gevolg van de vorming van Proto-Jupiter. Het is niet eenvoudig om de samenstelling van chondrieten uit te leggen in het kader van het auteursmodel.
Waarschijnlijk mist de puzzel genaamd "Vorming van het zonnestelsel" nog een paar belangrijke stukjes, zonder welke een model dat alle vragen beantwoordt niet kan worden gebouwd.
Anatoly Glyantsev
