|
Тейя помогла подготовить почву для появления жизни
|
|
|
|
Как Земля, единственная из скалистых планет Солнечной системы, стала домом для жизни? Как, несмотря на всю эту холодную безжизненность, наша планета стала теплой, гостеприимной и пригодной для поддержания жизни? Ответы на эти вопросы сложны и многогранны, и часть ответов приходит из космохимии - междисциплинарной области, которая изучает, как распределяются химические элементы.
|
|
|
|
Солнечная система - оживленное место, где все находится в движении. 4,5 миллиарда лет назад в ней царил еще больший хаос: планеты все еще формировались, а планетезимали и планетарные зародыши носились вокруг и сталкивались друг с другом. Каким-то образом во всем этом хаосе Земля получила больше, чем полагалось, углистых хондритов, а также аминокислот и других полезных для жизни химических веществ, которые поступали вместе с ними.
|
|
|
|
Космохимические исследования показали, что от 5% до 10% массы Земли образовалось из углеродистых хондритов, которые врезались в молодую планету. Исследования также показывают, что значительная их часть образовалась в результате столкновения с Теей, которое привело к образованию Луны. Чтобы более тщательно проверить эти идеи, трое исследователей использовали динамическое моделирование формирования Солнечной системы, чтобы посмотреть, смогут ли они воспроизвести это.
|
|
|
|
Исследование называется "Динамическое происхождение Тейи, последнего гигантского соударителя на Земле". Ведущий автор - Дуарте Бранку из Института астрофизики и космических наук Лиссабонской астрономической обсерватории в Португалии. Исследование будет опубликовано в журнале Icarus и в настоящее время доступно на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
|
|
|
Одним из важнейших различий в космохимии является различие между углеродистыми хондритами (CCs) и неуглеродистыми метеоритами (NCs). Это делит метеорную популяцию Солнечной системы на две группы и предполагает, что Солнечная система содержит два различных источника вещества. Частицы CC образовались дальше от Солнца, вероятно, за пределами Юпитера, и содержат больше летучих веществ, таких как вода и органические соединения. Частицы NC включают в себя такие элементы, как железные метеориты, и содержат меньше летучих веществ.
|
|
|
|
Чтобы проверить идею о том, что Theia доставляет на Землю УХУ и летучие вещества, исследователи провели детальное моделирование Солнечной системы. Это было моделирование N-тел на более поздних стадиях роста планет земной группы.
|
|
|
|
Моделирование началось на поздних стадиях роста планет, после того как газовый диск Солнечной системы был рассеян. Доступная твердая масса была разделена на планетезимали и планетарные зародыши. Моделирование включало в себя частицы, которые были рассеяны внутри, поскольку Юпитер и Сатурн все еще росли и накапливали вещество. Из-за разницы в размерах между планетезимальными и планетнопланетными зародышами у эмбрионов больше шансов взаимодействовать с планетами земной группы и доставлять материал CC.
|
|
|
|
Исследователи провели три типа моделирования. Первый из них называется "только маленькие" и включает в себя только небольшие кубические объекты, или планетезимали. Второй называется "только большие" и включает в себя только крупные кубические объекты, планетарные зародыши. Третий сценарий включает в себя как планетезимали, так и зародыши, и называется "смешанный сценарий".
|
|
|
|
В подмножестве из 10 симуляций каждого из этих сценариев учитывался эффект динамической нестабильности планеты-гиганта. В астрономии это называется "хорошей моделью" и описывает, как планеты-гиганты сместили свои орбиты с того места, где они первоначально сформировались.
|
|
|
|
Цель состояла в том, чтобы определить, как CC и NC были распределены в Солнечной системе, и понять, почему на Земле оказалось больше CC, чем на других каменистых планетах, особенно на Марсе. Исследователи также хотели понять, могло ли столкновение с Теей привести к выбросу большого количества CC-материала на Землю.
|
|
|
|
Одним из очевидных результатов является то, что нестабильность планеты-гиганта, особенно смещение Юпитера на другую орбиту, оказало заметное влияние на накопление CC-материала на Земле.
|
|
|
|
Когда исследователи добавили к этому динамическую нестабильность планеты-гиганта, ситуация стала выглядеть еще интереснее. "Нестабильность планеты-гиганта резко изменила эволюцию системы, вызвав сильный импульс эксцентриситета, который привел к волне столкновений и выбросов", - пишут авторы. Тем не менее, конечное состояние системы не сильно изменилось.
|
|
|
|
Важная часть моделирования касалась ударного элемента Theia. Предыдущие исследования показали, что Theia, возможно, был углеродсодержащим объектом. Если это правда, то большая часть пригодной для жизни Земли могла возникнуть в результате этого столкновения.
|
|
|
|
"В смешанном сценарии без нестабильности планеты-гиганта окончательный удар Земли включал компонент CC более чем в половине всех симуляций. В 38,5% симуляций конечным объектом воздействия был чистый CC-эмбрион, а еще в 13,5% - NC-эмбрион, у которого ранее сформировался CC-эмбрион", - пишут исследователи.
|
|
|
|
В целом, моделирование рисует картину ранней солнечной системы, в которой было два отчетливых кольца планетезималей. Внутреннее кольцо состоит из скалистых планетезималей, а внешнее - из углеродистых хондритов. Позже, когда ледяные гиганты мигрировали вглубь планеты, они перенесли материал CC во внутреннюю часть Солнечной системы.
|
|
|
|
Некоторые из них оказались в ловушке в поясе астероидов, в то время как более массивные были преимущественно разбросаны по орбитам скалистых планет. "Поздняя стадия аккреции планет земной группы включала в себя серию гигантских столкновений между зародышами NC и планетезималями, а также случайные столкновения с объектами CC", - объясняют авторы.
|
|
|
|
Этот сценарий объясняет несколько особенностей Солнечной системы. Он объясняет массы и орбиты планет земной группы, а также распределение астероидов по орбитам. Он также соответствует массовой доле CC Земли и Марса, где на Марсе отсутствует та же концентрация CC материала, что и на Земле. Если бы моделирование "только для малых размеров" было правильным, где вещество CC было только в виде планетезималей, массовая доля CC Марса и Земли была бы примерно одинаковой.
|
|
|
|
Исследователи намеревались показать, что, в соответствии с другими исследованиями, Тейя могла быть последним крупным объектом столкновения на Земле и что она содержала достаточное количество радиоактивного материала. Похоже, им это удалось.
|
|
|
|
В ходе моделирования было показано, что последнее гигантское столкновение Земли произошло с Тейей, и у этого объекта была более высокая концентрация радиоактивного вещества, что помогло сделать Землю пригодной для жизни. Этот результат соответствует научным представлениям. Работа показывает, что последнее столкновение произошло через 5-150 миллионов лет после рассеивания газа. Большая часть из них произошла в пределах 20-70 миллионов лет. Существуют неопределенности в отношении времени столкновения с Тейей, и эти результаты соответствуют этим данным.
|
|
|
|
Моделирование также подтверждает другие выводы, показывающие, что эмбрионы CC и планетезимали могли накапливаться на протяжении всего роста Земли, но были сконцентрированы на более поздних стадиях роста.
|
|
|
|
"В контексте этого сценария последний гигантский ударник на Земле содержал компонент CC примерно в половине всех смешанных симуляций", - пишут авторы. "В большинстве из них (38% симуляций) Theia был первичным CC-эмбрионом, а в остальных случаях Theia был NC-эмбрионом, у которого ранее развился CC-эмбрион".
|
|
|
|
Исследование также показывает, что Юпитер сыграл важную роль в архитектуре Солнечной системы. Он не только сокращает пояс астероидов, но и сыграл важную роль в определении окончательного состава планет земной группы, рассеивая обломочный материал из внешней части Солнечной системы на пути каменистых планет, особенно Земли.
|
|
|
|
Для того, чтобы Земля стала пригодной для жизни планетой, которой она является сегодня, необходимо было создать миллион условий. Насколько вероятно, что существуют другие миры, подобные этому, неизвестно. Для поддержания жизни на экзопланете может потребоваться нечто большее, чем просто нахождение в обитаемой зоне. Может существовать ошеломляющее количество переменных, которые должны быть согласованы, включая внешние планеты-гиганты, которые мигрируют и доставляют углерод в скалистые миры в пригодных для жизни зонах.
|
|
|
|
Источник
|
