Протопланета Тея утворилася ближче до Сонця, ніж Земля

Місяць утворився внаслідок гігантського зіткнення прото-Землі з давньою протопланетою Теєю. У новому дослідженні група вчених зі Сполучених Штатів, Німеччини, Франції та Китаю виміряла ізотопи заліза в місячних зразках, земних породах і метеоритах, які представляють ізотопні резервуари, з яких могли утворитися Тея та прото-Земля. Дослідники виявили, що вся Тея та більшість інших складових матеріалів Землі походять з внутрішньої Сонячної системи. Їхні розрахунки показують, що Тея могла утворитися ближче до Сонця, ніж Земля.

«Склад небесного тіла архівує всю його історію формування, включаючи місце походження», — зазначив старший автор дослідження доктор Торстен Кляйне, науковець з Інституту дослідження Сонячної системи імені Макса Планка. «Співвідношення, в якому присутні певні ізотопи металів у небесному тілі, є особливо показовими».

Ізотопи — це варіанти одного й того ж елемента, які відрізняються лише кількістю нейтронів в атомному ядрі, а отже, і своєю вагою. На ранніх етапах існування Сонячної системи ізотопи певного елемента, ймовірно, не були рівномірно розподілені: наприклад, на зовнішньому краї Сонячної системи ізотопи зустрічалися в дещо іншому співвідношенні, ніж поблизу Сонця. Таким чином, інформація про походження первинних будівельних блоків зберігається в ізотопному складі небесного тіла.

У дослідженні автори визначили співвідношення різних ізотопів заліза в земних і місячних породах з безпрецедентною точністю. Вони дослідили 15 земних порід і шість місячних зразків, які астронавти місій «Аполлон» доставили на Землю. Результат навряд чи дивує: як уже показали попередні вимірювання ізотопних співвідношень хрому, кальцію, титану та цирконію, Земля і Місяць у цьому відношенні невіддільні. Однак велика схожість не дозволяє зробити прямі висновки про Тею. Існує просто занадто багато можливих сценаріїв зіткнення.

Хоча більшість моделей припускають, що Місяць утворився майже виключно з матеріалу Теї, також можливо, що він складається переважно з матеріалу мантії ранньої Землі або що породи Землі та Теї змішалися нерозривно. Щоб дізнатися більше про Тею, дослідники застосували свого роду зворотну інженерію для планет. На основі відповідних ізотопних співвідношень у сучасних земних і місячних породах команда змоделювала, які склади та розміри Теї і який склад ранньої Землі могли призвести до цього кінцевого стану.

У дослідженні вчені розглядали не лише ізотопи заліза, а й ізотопи хрому, молібдену та цирконію. Різні елементи дають доступ до різних фаз планетарного формування. Задовго до руйнівної зустрічі з Теєю всередині ранньої Землі відбувся свого роду процес сортування. З утворенням залізного ядра деякі елементи, такі як залізо та молібден, накопичилися там і згодом були значною мірою відсутні в кам'янистій мантії. Отже, залізо, яке сьогодні знаходиться в земній мантії, могло потрапити туди лише після формування ядра, наприклад, на борту Теї. Інші елементи, такі як цирконій, які не опустилися в ядро, документують всю історію формування нашої планети.

З математично можливих складів Теї та ранньої Землі, які випливають з розрахунків, деякі можна виключити як неправдоподібні. «Найбільш переконливий сценарій полягає в тому, що більшість будівельних блоків Землі та Теї походять з внутрішньої Сонячної системи», — сказав перший автор дослідження доктор Тімо Гопп, науковець з Чиказького університету та Інституту дослідження Сонячної системи імені Макса Планка. «Земля та Тея, ймовірно, були сусідами».

Хоча склад ранньої Землі можна представити переважно як суміш відомих класів метеоритів, з Теєю це не так. Різні класи метеоритів походять з різних областей зовнішньої Сонячної системи. Тому вони служать еталонним матеріалом для будівельного матеріалу, який був доступний під час формування ранньої Землі та Теї. Однак у випадку Теї могли бути задіяні й раніше невідомі матеріали. «Ми вважаємо, що походження цього матеріалу знаходиться ближче до Сонця, ніж Земля», — зазначили дослідники. Розрахунки показують, що Тея утворилася ближче до Сонця, ніж наша планета.

Результати були опубліковані цього тижня в журналі Science.