Долгое время в научном сообществе шли споры о том, откуда взялся строительный материал, из которого сформировалась Земля. Несмотря на то что наша планета находится во внутренней части Солнечной системы, многие исследователи предполагали, что от 6 до 40 процентов её вещества прибыло из внешних областей, расположенных за Юпитером. Особенно важной эта гипотеза была для объяснения того, как Земля получила летучие соединения, включая воду.
Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, ставит под сомнение эту картину. Планетологи Паоло Сосси и Дэн Бауэр из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) сопоставили имеющиеся данные об изотопных соотношениях в метеоритах, в том числе образцах, связанных с Марсом и астероидом Веста, с изотопным составом Земли. Изотопы — это разновидности атомов одного и того же элемента с одинаковым числом протонов, но разной массой. Применив новый метод анализа этих данных, учёные пришли к выводу, что материал, из которого образовалась Земля, целиком происходит из внутренней части Солнечной системы.
Согласно результатам работы, на вещество из внешних областей приходится менее двух процентов общей массы планеты, а возможно, и вовсе ничего. «Наши расчёты ясно показывают: строительный материал Земли происходит из единого резервуара вещества», — приводит слова Сосси издание ScienceDaily. Его коллега Бауэр добавляет: «Мы были поистине поражены, обнаружив, что Земля состоит исключительно из материала внутренней Солнечной системы, отличного от любой комбинации существующих метеоритов». В основе анализа лежали данные десяти различных изотопных систем, тогда как более ранние работы обычно ограничивались двумя.
На протяжении десятилетий учёные использовали изотопы в метеоритах, чтобы определить, где именно в Солнечной системе сформировались те или иные небесные тела. Долгое время главным инструментом для этого служили изотопы кислорода. Ситуация изменилась в начале 2010-х годов, когда американский исследователь показал, что изотопы других элементов, включая хром и титан, тоже способны указывать на место формирования метеоритов. Это позволило разделить их на две большие группы: неуглеродистые метеориты образовались исключительно во внутренней части Солнечной системы, а углеродистые, содержащие больше воды и углерода, — во внешней.
По данным нового анализа, Земля полностью сложена из неуглеродистого материала. Учёные не обнаружили свидетельств обмена веществом между внутренним и внешним резервуарами Солнечной системы, о котором говорилось в прежних гипотезах. Это указывает на то, что планета формировалась в относительно стабильной среде, постепенно присоединяя небольшие соседние тела по мере своего роста. Кроме того, это означает, что большинство летучих веществ, включая воду, должно было изначально присутствовать во внутренней части Солнечной системы.
Исследователи полагают, что Меркурий и Венера могут подчиняться той же закономерности, что Земля, Марс и Веста. «Основываясь на нашем анализе, мы теоретически можем предсказать состав этих двух планет», — говорит Сосси. Однако пока эту гипотезу нельзя проверить напрямую, поскольку образцов пород с Меркурия и Венеры у учёных нет. Результаты также поднимают новый вопрос: если Земля не получала больших объёмов богатого водой материала из внешних областей, то как в горячей внутренней части Солнечной системы оказалось достаточно воды для будущих океанов. Сосси и его команда планируют заняться этим вопросом, а также выяснить, возможны ли похожие процессы в планетных системах у других звёзд.