I samsvar med den nebulære hypotesen antas solsystemet å ha dannet seg gjennom prosessen med akkresjon. I hovedsak begynte dette da en massiv sky av støv og gass (også solens tåke) opplevde en gravitasjonskollaps i sentrum og fødte sola. Det gjenværende støvet og gassen dannet seg til en protoplanetær skive rundt sola, som gradvis sammenklappet for å danne planetene.
Mye om prosessen med hvordan planeter utviklet seg til å bli distinkt i komposisjonene har imidlertid fortsatt et mysterium. Heldigvis har en ny studie av et team av forskere fra University of Bristol nærmet seg emnet med et nytt perspektiv. Ved å undersøke en kombinasjon av jordprøver og meteoritter, har de kastet nytt lys over hvordan planeter som Jorden og Mars dannet og utviklet seg.
Studien, med tittelen “Magnesiumisotop bevis for at akkresjonell damptap former planetariske komposisjoner”, dukket nylig opp i det vitenskapelige tidsskriftet Natur. Under ledelse av Remco C. Hin, senior forskningsmedarbeider fra School of Earth Sciences ved University of Bristol, sammenlignet teamet prøver av stein fra Jorden, Mars og Asteroid Vesta for å sammenligne nivåene av magnesiumisotoper i dem.
Studien deres forsøkte å svare på det som har vært et langvarig spørsmål i det vitenskapelige samfunnet - dvs. dannet planetene slik de er i dag, eller fikk de sine særegne komposisjoner over tid? Som Dr. Remco Hin forklarte i en pressemelding fra University of Bristol:
”Vi har gitt bevis på at en slik hendelsesrekke skjedde i dannelsen av Jorden og Mars ved å bruke høye presisjonsmålinger av deres magnesiumisotopkomposisjoner. Magnesiumisotopforholdene endres som et resultat av tap av silikatdamp, som fortrinnsvis inneholder de lettere isotoper. På denne måten estimerte vi at mer enn 40 prosent av jordas masse gikk tapt under konstruksjonen. Som en av mine medforfattere beskrev den, var denne cowboybyggingsjobben også ansvarlig for å skape jordas unike komposisjon.”
For å bryte den ned består akkresjonen av klumper av materiale som kolliderer med naboklumper for å danne større gjenstander. Denne prosessen er veldig kaotisk, og materiale går ofte tapt så vel som akkumulert på grunn av ekstrem varme som genereres av disse høyhastighetskollisjonene. Denne varmen antas også å ha skapt hav av magma på planetene mens de dannet seg, for ikke å snakke om midlertidige atmosfærer av fordampet bergart.
Inntil planeter ble omtrent like store som Mars, var deres tyngdekraftsattraksjonskraft for svak til å holde på disse atmosfærene. Og etter hvert som flere kollisjoner fant sted, ville sammensetningen av disse atmosfærene og planetene i seg selv ha store endringer. Hvordan nøyaktig de jordiske planetene - Merkur, Venus, Jorden og Mars - oppnådde sine nåværende, flyktige og dårlige komposisjoner over tid, er det forskerne har håpet å ta opp.
For eksempel tror noen at planetenes nåværende sammensetning er resultatet av spesielle kombinasjoner av gass og støv i de tidligste periodene av dannelse av planeten - der terrestriske planeter er rik på silikat / metall, men flyktige, på grunn av hvilke elementer som var mest rikelig nærmest solen. Andre har antydet at deres nåværende sammensetning er en konsekvens av deres voldelige vekst og kollisjoner med andre organer.
For å belyse dette analyserte Dr. Hin og hans medarbeidere jordprøver sammen med meteoritter fra Mars og asteroiden Vesta ved hjelp av en ny analytisk tilnærming. Denne teknikken er i stand til å oppnå mer nøyaktige målinger av magnesiumisotoprasjoner enn noen tidligere metode. Denne metoden viste også at alle differensierte kropper - som Jorden, Mars og Vesta - har isotopisk tyngre magnesiumsammensetninger enn kondritiske meteoritter.
Fra dette klarte de å trekke tre konklusjoner. For det første fant de at Jorden, Mars og Vesta har distinkte magnesiumisotoprasjoner som ikke kunne forklares med kondens fra solnebula. For det andre bemerket de at studien av tunge magnesiumisotoper avslørte at planetene i alle tilfeller mistet rundt 40% prosent av massen i løpet av deres dannelsesperiode, etter gjentatte episoder med fordampning.
Til slutt bestemte de at akkresjonsprosessen resulterer i andre kjemiske endringer som genererer de unike kjemiske egenskapene til Jorden. Kort sagt, deres studie viste at Jorden, Mars og Vesta alle opplever betydelige tap av materiale etter dannelse, noe som betyr at deres særegne komposisjoner sannsynligvis var et resultat av kollisjoner over tid. Som Dr Hin la til:
”Arbeidet vårt endrer synet på hvordan planeter oppnår deres fysiske og kjemiske egenskaper. Selv om det tidligere ble kjent at bygging av planeter er en voldelig prosess og at sammensetningene av planeter som Jorden er forskjellige, var det ikke tydelig at disse funksjonene var knyttet sammen. Vi viser nå at damptap under høye energikollisjoner av planetarisk akkresjon har en dyp innvirkning på en planetes sammensetning. "
Studien deres indikerte også at denne voldelige dannelsesprosessen kunne være karakteristisk for planeter generelt. Disse funnene er ikke bare viktige når det gjelder dannelse av solsystemet, men også ekstrasolplaneter. Når det er på tide å utforske fjerne stjernesystemer, vil de karakteristiske komposisjonene til planetene deres fortelle oss mye om forholdene de dannet seg fra, og hvordan de ble til.
