Istraživanje koje su proveli Sveučilište u Zürichu i institut NCCR PlanetS upotpunili su sliku o formiranju planeta Zemlje prije 4,5 milijardi godina.
Nastanak Sunčevog sustava
Sunčev sustav, a s njim i svi planeti u njemu, nastali su prije otprilike 4,5 milijardi godina iz nakupine prašine i plinova zvane solarnom maglicom. Prvo se rodilo Sunce, a materijal koji nije bio potrošen u nastanku Sunca počeo se zbog njegove gravitacije kretati oko njega. Jednom kada je Sunce bilo rođeno i aktivno, nije trebalo dugo vremena da se preostali materijal počne sudarati i koagulirati, te da stvorene protoplanetarne nakupine kamenja počnu razvijati svoju gravitaciju i privlačiti na sebe još tvari. Lakše materijale toplina Sunca pretvorila je u plinove, a solarni vjetrovi otpuhali su ih prema vanjskom rubu sustava gdje su od njih formirani plinski divovi poput Jupitera i Saturna. S druge strane, teži materijali koji su ostali bliže Suncu spojili su se u Merkur, Veneru, Zemlju i Mars. Planeta je u početku možda bilo i puno više od današnjih osam i nakon njihovog stvaranja uslijedili su milijuni godina gravitacijskih interakcija koje astrofizičari vole zvati „kozmičkim biljarom“, no to je ugrubo priča o nastanku planeta.
Ipak, dan danas ne znamo sve detalje o toj priči i određene detalje za sada moramo samo pretpostaviti. Jedan je od tih detalja i pomalo misteriozan nedostatak nekih elemenata na Zemlji, no sada konačno možda imamo objašnjenje za taj nedostatak uslijed novog istraživanja koje su proveli Sveučilište u Zürichu i švicarski Nacionalni centar za kompetenciju u istraživanju PlanetS (NCCR PlanetS). „Prevladavajuća teorija u astrofizici i kozmokemiji je da se Zemlja formirala od kondritskih asteroida. To su relativno mali, jednostavni komadi kamena i metala koji su ispunjavali rani Sunčev sustav,“ objašnjava Paolo Sossi, glavni autor studije. „Problem s ovom teorijom je što kako god izmiješali te kondrite ne možete dobiti točan sastav Zemlje, u kojoj se nalazi puno manje laganih, volatilnih elemenata poput vodika i helija nego bi to pretpostavili“, nastavlja.
Kroz zadnjih nekoliko desetljeća predstavljene su mnoge teorije koje objašnjavaju taj nedostatak, ponajprije teorija o tome da su laki elementi isparili zbog vrućine nastale sudaranjem kondrita. Sossi i njegov tim pak nisu uvjereni tom teorijom, ponajprije zbog toga što ona zanemaruje prisustvo laganih izotopa raznih elemenata na Zemlji koji su također trebali ispariti. Potrebno je, dakle, novo rješenje.
Planetezimali
Novija teorija o formiranju Sunčevog sustava pak kaže da se Zemlja (i svi drugi planeti) formirala od malo drukčijeg tipa svemirskog kamenja koje zovemo planetezimalima. Radi se o kamenju sličnom kondritima, samo što kod njih postoji mogućnost da se zagrijavanjem razdvoje na metalnu jezgru i kamenu ovojnicu. Ono što je bitno je da „planetezimali koji su nastali na različitim mjestima oko Sunca mogu imati vrlo različit kemijski sastav“, dodatno je objasnio Sossi.
Uzevši kao početnu točku tu činjenicu i hipotezu da su planeti nastali iz planetezimala, znanstvenici su izvršili računalne simulacije u kojima su sudarali tisuće različitih planetezimala dok nisu dobili modele planeta koji su jednaki Merkuru, Veneri, Zemlji i Marsu. Na posljetku, simulacije su i potvrdile pretpostavku—određene kombinacije sudarenih planetezimala mogu dovesti do kombinacije elemenata koju danas imamo na Zemlji. To saznanje objašnjava nedostatak lakih elemenata na Zemlji, ali i služi kao dodatan dokaz o planetezimalama kao početnoj točki planetarnog razvoja.
Naravno, ne možemo putovati nazad kroz vrijeme i sa sigurnošću utvrditi kako se točno formirao Sunčev sustav, pa je i novo saznanje Sossijevog tima teoretskog tipa. Ipak, radi se o najboljem i najnaprednijem objašnjenju (kemijskog) razvitka Zemlje koje do sada imamo. Nadalje, mehanizam koji objašnjava takav nastanak Zemlje može biti vrlo koristan i za istraživanje razvitka drugih kamenih planeta. „Naša studija pokazuje koliko je bitno uzeti u obzir i [gravitacijsku] dinamiku i kemiju kada se priča o formiranju planeta. Nadam se da će naša saznanja dovesti do bližeg surađivanja istraživača iz ovih dvaju područja“, kaže Sossi.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram
Izvori:
Bastani, Arian. „New insights into the Earth’s formation“. Phys.org, 2022. https://phys.org/news/2022-07-insights-earth-formation.html (21.7.2022.).
Sossi, Paolo A. et. al. „Stochastic accretion of the Earth“. Nature Astronomy, 2022. https://www.nature.com/articles/s41550-022-01702-2 (21.7.2022.).
Zaljubljenik u astronomiju od malih nogu. Diplomirani anglist. U slobodno vrijeme vjerojatno s frendovima u obližnjem kafiću. U paralelnom svemiru sam nešto od sljedećeg: pomorac, fizičar, astronaut, pisac, željezničar.
