In Übereinstimmung mit der Nebelhypothese wird angenommen, dass sich das Sonnensystem durch den Akkretionsprozess gebildet hat. Dies begann im Wesentlichen, als eine massive Staub- und Gaswolke (auch bekannt als Solarnebel) in ihrem Zentrum einen Gravitationskollaps erlebte, der die Sonne hervorbrachte. Der verbleibende Staub und das Gas bildeten dann eine protoplanetare Scheibe um die Sonne, die sich allmählich zu den Planeten zusammenschloss.
Vieles über den Prozess, wie sich Planeten entwickelten, um sich in ihren Kompositionen zu unterscheiden, ist jedoch ein Rätsel geblieben. Glücklicherweise hat eine neue Studie eines Forscherteams der Universität Bristol das Thema aus einer neuen Perspektive betrachtet. Durch die Untersuchung einer Kombination aus Erdproben und Meteoriten haben sie neues Licht auf die Entstehung und Entwicklung von Planeten wie Erde und Mars geworfen.
Die Studie mit dem Titel „Magnesiumisotopennachweis, dass akkretioneller Dampfverlust planetare Zusammensetzungen formt“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natur. Unter der Leitung von Remco C. Hin, einem leitenden wissenschaftlichen Mitarbeiter der School of Earth Sciences an der Universität Bristol, verglich das Team Gesteinsproben von der Erde, dem Mars und der Asteroidenvesta, um die darin enthaltenen Magnesiumisotopenspiegel zu vergleichen.
Ihre Studie versuchte zu beantworten, was in der wissenschaftlichen Gemeinschaft noch eine Frage war - d. H. Haben die Planeten so geformt, wie sie heute sind, oder haben sie im Laufe der Zeit ihre charakteristischen Kompositionen erworben? Wie Dr. Remco Hin in einer Pressemitteilung der Universität Bristol erklärte:
„Wir haben Beweise dafür geliefert, dass eine solche Abfolge von Ereignissen bei der Bildung der Erde und des Mars aufgetreten ist, indem wir hochpräzise Messungen ihrer Magnesiumisotopenzusammensetzungen durchgeführt haben. Die Magnesiumisotopenverhältnisse ändern sich infolge des Silikatdampfverlustes, der vorzugsweise die leichteren Isotope enthält. Auf diese Weise haben wir geschätzt, dass mehr als 40 Prozent der Erdmasse während des Baus verloren gingen. Dieser Cowboy-Baujob, wie einer meiner Co-Autoren ihn beschrieb, war auch für die Schaffung der einzigartigen Komposition der Erde verantwortlich.”
Um es abzubauen, besteht die Akkretion aus Materialklumpen, die mit benachbarten Klumpen kollidieren, um größere Objekte zu bilden. Dieser Prozess ist sehr chaotisch und Material geht häufig verloren und sammelt sich aufgrund der extremen Wärme, die durch diese Hochgeschwindigkeitskollisionen erzeugt wird. Es wird auch angenommen, dass diese Hitze Magma-Ozeane auf den Planeten erzeugt hat, als sie sich bildeten, ganz zu schweigen von temporären Atmosphären aus verdampftem Gestein.
Bis Planeten ungefähr so groß wie der Mars wurden, war ihre Anziehungskraft zu schwach, um diese Atmosphären festzuhalten. Und wenn mehr Kollisionen stattfinden würden, würde sich die Zusammensetzung dieser Atmosphäre und der Planeten selbst erheblich ändern. Wie genau die terrestrischen Planeten - Merkur, Venus, Erde und Mars - im Laufe der Zeit ihre aktuellen, flüchtig-armen Zusammensetzungen erhalten haben, wollten Wissenschaftler ansprechen.
Zum Beispiel glauben einige, dass die aktuellen Zusammensetzungen der Planeten das Ergebnis bestimmter Kombinationen von Gas und Staub während der frühesten Perioden der Planetenbildung sind - wo terrestrische Planeten silikat- / metallreich, aber flüchtig arm sind, aufgrund derer Elemente am häufigsten vorkommen Die Sonne. Andere haben vorgeschlagen, dass ihre derzeitige Zusammensetzung eine Folge ihres heftigen Wachstums und ihrer Kollisionen mit anderen Körpern ist.
Um dies zu beleuchten, analysierten Dr. Hin und seine Mitarbeiter Erdproben sowie Meteoriten vom Mars und dem Asteroiden Vesta mit einem neuen analytischen Ansatz. Diese Technik ist in der Lage, genauere Messungen von Magnesiumisotopenrationen als jede frühere Methode zu erhalten. Diese Methode zeigte auch, dass alle differenzierten Körper - wie Erde, Mars und Vesta - isotopisch schwerere Magnesiumzusammensetzungen aufweisen als chondritische Meteoriten.
Daraus konnten sie drei Schlussfolgerungen ziehen. Zum einen fanden sie heraus, dass Erde, Mars und Vesta unterschiedliche Magnesiumisotopenrationen aufweisen, die nicht durch Kondensation aus dem Solarnebel erklärt werden konnten. Zweitens stellten sie fest, dass die Untersuchung schwerer Magnesiumisotope ergab, dass die Planeten in allen Fällen während ihrer Entstehungszeit nach wiederholten Verdampfungsepisoden etwa 40% ihrer Masse verloren.
Zuletzt stellten sie fest, dass der Akkretionsprozess zu anderen chemischen Veränderungen führt, die die einzigartigen chemischen Eigenschaften der Erde erzeugen. Kurz gesagt, ihre Studie zeigte, dass Erde, Mars und Vesta nach der Bildung alle signifikante Materialverluste erleiden, was bedeutet, dass ihre besonderen Zusammensetzungen wahrscheinlich das Ergebnis von Kollisionen im Laufe der Zeit waren. Wie Dr. Hin hinzufügte:
„Unsere Arbeit ändert unsere Ansichten darüber, wie Planeten ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften erreichen. Während zuvor bekannt war, dass das Bauen von Planeten ein gewalttätiger Prozess ist und dass die Zusammensetzung von Planeten wie der Erde unterschiedlich ist, war nicht klar, dass diese Merkmale miteinander verbunden waren. Wir zeigen nun, dass der Dampfverlust während der Hochenergiekollisionen der Planetenakkretion einen tiefgreifenden Einfluss auf die Zusammensetzung eines Planeten hat. “
Ihre Studie zeigte auch, dass dieser gewalttätige Bildungsprozess für Planeten im Allgemeinen charakteristisch sein könnte. Diese Erkenntnisse sind nicht nur für die Bildung des Sonnensystems von Bedeutung, sondern auch für außersolare Planeten. Wenn es darum geht, entfernte Sternensysteme zu erforschen, werden uns die charakteristischen Zusammensetzungen ihrer Planeten viel über die Bedingungen erzählen, unter denen sie sich gebildet haben und wie sie entstanden sind.
