Метеориты, которые помогли сформировать Землю, могли образоваться во внешней Солнечной системе

Наша Солнечная система, как полагают, образовалась из облака газа и пыли, так называемой солнечной туманности, которая начала гравитационно конденсироваться на себе ~ 4,6 миллиарда лет назад. Когда это облако сжалось, оно начало вращаться и приняло форму диска, вращающегося вокруг самой высокой гравитационной массы в своем центре, которая станет нашим Солнцем. Наша Солнечная система унаследовала весь свой химический состав от более ранней звезды или звезд, которые взорвались как сверхновые. Наше Солнце очистило общий образец этого материала по мере его образования, но остаточный материал в диске начал мигрировать из-за его склонности замерзать при заданной температуре. По мере того, как Солнце становилось достаточно плотным, чтобы инициировать реакции ядерного синтеза и превращаться в звезду, оно по мере своего формирования удаляло общий образец этого материала, но остатки в диске образовывали твердые материалы для формирования планетарных тел на основе его склонности замерзать при заданной температуре. температура. Когда Солнце освещало окружающий диск, оно создавало градиент тепла в ранней Солнечной системе. По этой причине внутренние планеты, Меркурий, Венера, Земля и Марс, в основном состоят из горных пород (состоящих в основном из более тяжелых элементов, таких как железо, магний и кремний), а внешние планеты в основном состоят из более легких элементов, особенно из водорода, гелия. , углерод, азот и кислород.

Считается, что Земля частично образовалась из углеродистых метеоритов, которые, как считается, произошли от астероидов внешнего главного пояса. Телескопические наблюдения за внешними астероидами главного пояса показывают общую характеристику отражения 3,1 мкм, которая предполагает, что их внешние слои содержат либо водяной лед, либо аммонизированные глины, либо и то, и другое, которые стабильны только при очень низких температурах. Интересно, что, хотя несколько линий доказательств предполагают, что углеродсодержащие метеориты произошли от таких астероидов, метеориты, обнаруженные на Земле, обычно лишены этой особенности. Таким образом, пояс астероидов ставит перед астрономами и планетологами множество вопросов.

Новое исследование, проведенное учеными из Института наук о Земле и жизни (ELSI) Токийского технологического института, предполагает, что эти астероидные материалы могли образоваться очень далеко в ранней Солнечной системе, а затем были перенесены во внутреннюю часть Солнечной системы в результате хаотических процессов перемешивания. В этом исследовании сочетание наблюдений за астероидами с помощью японского космического телескопа AKARI и теоретического моделирования химических реакций в астероидах позволяет предположить, что поверхностные минералы, присутствующие на астероидах внешнего главного пояса, особенно аммиак (NH₃)-содержащие глины, образуются из исходных материалов, содержащих NH₃ и CO₂ лед, который стабилен только при очень низкой температуре и в условиях, богатых водой. Основываясь на этих результатах, это новое исследование предполагает, что астероиды внешнего главного пояса формировались на далеких орбитах и ​​дифференцировались, образуя различные минералы в богатых водой мантиях и ядрах с преобладанием горных пород.

Чтобы понять источник расхождений в измеренных спектрах углеродистых метеоритов и астероидов, используя компьютерное моделирование, команда смоделировала химическую эволюцию нескольких вероятных примитивных смесей, предназначенных для моделирования примитивных астероидных материалов. Затем они использовали эти компьютерные модели для создания смоделированных спектров отражения для сравнения со спектрами, полученными с помощью телескопа.

Их модели показали, что для соответствия спектрам астероидов исходный материал должен содержать значительное количество воды и аммиака, относительно низкое содержание CO.₂, и реагируют при температурах ниже 70 ℃, предполагая, что астероиды образовались намного дальше, чем их нынешние местоположения в ранней Солнечной системе. Напротив, отсутствие элемента диаметром 3,1 мм у метеоритов можно объяснить реакцией, возможно, более глубокой внутри астероидов, где температуры достигали более высоких значений, поэтому извлеченные метеориты могут брать пробы из более глубоких частей астероидов.

Если это правда, то это исследование предполагает, что формирование Земли и ее уникальные свойства являются результатом особых аспектов формирования Солнечной системы. Будет несколько возможностей протестировать эту модель, например, это исследование дает прогнозы того, что обнаружит анализ образцов, возвращенных Hayabusa 2. Это отдаленное происхождение астероидов, если оно верно, предсказывает, что в образцах, возвращенных Хаябусой-2, будут аммонизированные соли и минералы. Дальнейшая проверка этой модели будет обеспечена анализом возвращенных материалов миссии НАСА OSIRIS-Rex.

В этом исследовании также изучалось, должны ли физические и химические условия во внешних астероидах главного пояса образовывать наблюдаемые минералы. Предлагаемое холодное и далекое происхождение астероидов предполагает значительное сходство между астероидами и кометами и поднимает вопросы о том, как образовался каждый из этих типов тел.

Это исследование предполагает, что материалы, сформировавшие Землю, могли образоваться очень далеко в ранней Солнечной системе, а затем были привнесены во время особенно бурной ранней истории Солнечной системы. Недавние наблюдения протопланетных дисков с помощью Большой миллиметровой / субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA) обнаружили множество кольцевых структур, которые, как полагают, являются прямыми наблюдениями за образованием планетезималей. Как резюмирует работу ведущий автор Хироюки Курокава: «Еще предстоит определить, является ли формирование нашей Солнечной системы типичным результатом, но многочисленные измерения показывают, что вскоре мы сможем поместить нашу космическую историю в контекст».

Ссылка

Х. Курокава¹*, Т. Сибуя²Ю. Секин¹Б.Л. Эльманн^3,4Ф. Усуи^5,6С. Кикучи²и М. Йода^1,7Дистанционное образование и дифференциация астероидов внешнего главного пояса и родительских тел углеродистых хондритов, Достижения АГУDOI: 10.1029/2021AV000568

1. Институт наук о жизни Земли, Токийский технологический институт, Токио, Япония
2. Программа суперсовременных крупных и перспективных исследований (SUGAR), Институт передовых научных и технологических авангардных исследований (X-star), Японское агентство морских и земных наук и технологий (JAMSTEC), Йокосука, Япония
3. Отделение геологических и планетарных наук, Калифорнийский технологический институт, Пасадена, Калифорния, США
4. Лаборатория реактивного движения, Калифорнийский технологический институт, Пасадена, Калифорния, США
5. Институт космических и астронавтических наук, Японское агентство аэрокосмических исследований, Сагамихара, Япония
6. Центр планетарных наук Высшей школы наук Университета Кобе, Кобе, Япония
7. Кафедра наук о Земле и планетах Токийского университета, Токио, Япония

Связанный