Космология

Марс и Земля раньше не были соседями

Отправлено: Декабрь 21, 2017 в 21:54

Категория: «Переводы»

В журнале Earth and Planetary Science Letters опубликовано исследование, согласно которому Марс сформировался на примерно в полтора раза более удаленной от Солнца орбите, в районе нынешнего Пояса астероидов, а затем сместился в текущее положение.

В большинстве современных моделей предполагается, что Земля и Марс образовались примерно в одном регионе, из одних и тех же строительных блоков, но эта гипотеза порождает один серьезный вопрос: почему планеты настолько сильно отличаются по химическому составу? Марсианская порода богата легкими силикатами, больше похожими на те, что встречаются в метеоритах, чем на земные. Пытаясь разрешить данную загадку, ученые из Японии, США и Великобритании провели ряд симуляций, с помощью которых изучили возможные перемещения Марса внутри Солнечной системы.

Несмотря на то, что компьютерное моделирование показало высокую вероятность того, что Марс и Земля сформировались неподалеку друг от друга, следует принять во внимание, что большинство современных моделей не учитывают композиционные различия между двумя планетами. В новом исследовании ученые уделили особое внимание симуляциям на основе модели Гранд Така (Grand Tack), согласно которой Юпитер сыграл важную роль в формировании внутренних планет и в их окончательной расстановке по орбитам. Согласно теории, Юпитер сформировался раньше внутренних планет и «подтолкнул» большое количество протопланетного вещества в направлении Солнца, что способствовало образованию Земли и Венеры. Таким образом для формирования Марса осталось не так уж много материала, что объясняет небольшую массу планеты (примерно 0,107 массы Земли) и значительные отличия в химическом составе.

В ходе моделирования ученые получили данные, позволяющие по-новому взглянуть на процесс формирования Марса. Согласно небольшому проценту симуляций, Марс мог образоваться намного дальше от Солнца, чем он находится сейчас, а впоследствии скорректировать орбиту под влиянием гравитационного поля Юпитера.

Соавтор исследования Стивен Мойзис (Stephen Mojzsis), профессор Колорадского университета в Боулдере, не особо обеспокоен скромной вероятностной оценкой подобного сценария.

«В данном случае низкую вероятность можно трактовать по-разному: или в современной физике все еще нет механизма, способного объяснить формирование Марса или же среди совокупности всех имеющихся возможностей мы столкнулись с относительно редким явлением», – говорит он, отмечая, что сам склоняется к последнему варианту.

Мойзис также напоминает, что фраза «низкая вероятность» весьма относительна, когда речь идет о космологических масштабах – маловероятные события все же случаются. Каковы были шансы того, что Земля столкнется с астероидом определённого размера, который упадет на полуостров Юкатан, что, в свою очередь, приведет к вымиранию динозавров?

Солнечная система
Современная модель Солнечной системы (кликабельно).
NASA/JPL

«Учитывая масштабы времени, мы вполне можем ожидать подобных событий», – говорит ученый. «Если вы будете бросать игральные кубики достаточно долго, то рано или поздно вам выпадут две шестерки. Вероятность этого события равна 1/36, примерно, как и у обсуждаемого сценария формирования Марса».

Если Красная планета действительно сформировалась в более удаленном от Солнца регионе, то температура на ее поверхности была значительно ниже, чем предполагалось ранее – никакой жидкой воды и никакой жизни. Кажется, что новая теория бросает вызов гипотезе, согласно которой климат Марса когда-то был более теплым и влажным, чем сейчас. Однако профессор Мойзис считает, что в ранней истории Марса вполне найдется время как для холодного периода вдали от звезды, так и для теплого, с жидкой водой или даже дождями.

«Формирование планеты в районе Пояса астероидов – это самый ранний этап истории Марса, задолго до стабилизации коры и образования атмосферы», – говорит он. В своей прошлогодней статье Мойзис приходит к выводу, что огромное количество кратеров на поверхности планеты возникло на поздних этапах ее формирования. По словам профессора, в результате активной бомбардировки астероидами значительная часть льда на поверхности Марса могла испариться, что привело к повышению плотности атмосферы и запуску гидрологического цикла (круговорот воды – прим. переводчика).

Перспективные и смежные исследования

Сейчас все больше и больше ученых склоняются к гипотезе планетарных миграций, а такие исследования, как это, поднимают дополнительные вопросы, касающиеся структуры планет и их истории. Каков химический состав Венеры и насколько он близок к земному? Подтверждение сходства между Венерой и Землей косвенно подтвердило бы теорию Гранд Така о гравитационном влиянии Юпитера на протопланетное вещество, а также ряд других теорий, связанных с образованием внутренних планет Солнечной системы, включая Марс. Однако отсутствие каких-либо образцов с поверхности Венеры, включая метеориты, сильно затрудняет исследования по данному направлению. NASA и российское космическое агентство Роскосмос на данный момент прорабатывают детали совместного проекта «Венера-Д» по отправке к планете орбитального аппарата со спускаемым модулем, который сможет частично пролить свет на вопрос о составе планеты.

Мойзис также напоминает, что современная астрофизика все еще не может объяснить, каким образом сформировались газовые гиганты. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун не могли образоваться там, где они сейчас находятся, так как во внешних регионах Солнечной системы не было такого количества протопланетного вещества, из которого могли бы возникнуть эти гигантские миры.

Возможно, что планеты-гиганты образовались достаточно близко друг к другу, а затем отдалились в результате гравитационных взаимодействий. Эта теория согласуется с наблюдениями планетарных систем вокруг других звезд. «Благодаря данным с космического телескопа Кеплер и более ранним исследованиям мы понимаем, что миграция газовых гигантов – это достаточно частое явление», – говорит Мойзис. Формирование гигантской планеты меняет гравитационный баланс системы и запускает процесс перестроения орбит, в котором все объекты такой массы активно влияют друг на друга.

Также в недавней работе Мойзиса особое внимание уделено тому, как Юпитер оказался на своей нынешней орбите и как его формирование связано с распределением газа и пыли в протопланетном диске Солнца. Постепенно научное сообщество приходит к все более и более глубокому пониманию эволюции Солнечной системы и механизмов образования планет.

Оригинал статьи: Mars and Earth may not have been early neighbors