Земля та Марс сформувалися приблизно 4,5 мільярда років тому в одному молодому Сонячному системі. Проте нове дослідження вчених з Університету Копенгагена свідчить, що шляхи їхнього формування могли суттєво відрізнятися.

Результати роботи, опублікованої в журналі Nature Astronomy, показують, що Земля та Марс могли отримати основну частину своєї маси завдяки різному співвідношенню двох ключових процесів — зіткнення великих планетезималей та накопичення дрібніших частинок, відомого як пебл-акреція.

Дві планети — два сценарії формування

Планетологи давно розглядають кілька можливих механізмів утворення кам'янистих планет. Один із них передбачає поступове зіткнення та об'єднання великих космічних тіл — планетезималей. Інший полягає в тому, що молоді планети активно поглинають дрібні частинки пилу та каміння, які рухаються крізь протопланетний диск навколо молодого Сонця.

Нове дослідження підтримує так звану гібридну модель, однак вказує, що внесок цих механізмів для Землі та Марса був різним.

За оцінкою дослідників, приблизно 75% маси Землі могли забезпечити два молоді протопланети, які значно виросли завдяки накопиченню дрібних частинок. На частку планетезималей припадало до 25% матеріалу.

У випадку Марса картина була майже протилежною: близько трьох чвертей його маси могли сформуватися внаслідок накопичення планетезималей, тоді як внесок пебл-акреції становив приблизно чверть.

Вчені шукали підказки у складі планет

Відновити події, які відбувалися понад чотири мільярди років тому, безпосередньо неможливо. Тому науковці використали своєрідні «хімічні відбитки», які збереглися в надрах Землі та Марса.

Дослідники звернули увагу на леткі елементи, зокрема натрій, цинк і калій. За високих температур такі речовини можуть випаровуватися. Тому їхня сучасна концентрація у земній корі та мантії може містити інформацію про умови, в яких формувалися планети.

Команда поєднала дані про хімічний склад із комп'ютерним моделюванням. Таким чином учені перевіряли різні сценарії формування та визначали, які з них найкраще пояснюють сучасні характеристики Землі й Марса.

Чому результати виявилися несподіваними

На перший погляд, можна було очікувати, що дві кам'янисті планети, які виникли в одній частині Сонячної системи приблизно в один період, матимуть схожу історію формування.

Однак аналіз показав іншу картину. Земля могла пройти значну частину шляху до сучасного розміру через ріст двох протопланет, які активно поглинали дрібні частинки. Марс натомість, імовірно, швидше накопичував великі тіла та залишився значно меншим.

Водночас автори дослідження наголошують, що наведені співвідношення не варто сприймати як абсолютно точні цифри. Моделі містять припущення, оскільки точний хімічний склад первинного матеріалу молодої Сонячної системи невідомий.

Попри це, зміна вихідних параметрів не усувала головної закономірності: моделювання стабільно вказувало на різні сценарії формування Землі та Марса.

Що це означає для походження планет

Результати дослідження можуть змусити науковців детальніше переглянути традиційні моделі формування кам'янистих планет. Замість універсального сценарію, за яким усі планети одного типу ростуть приблизно однаково, дедалі більшого значення набуває ідея про різні комбінації процесів акреції.

Це також допомагає пояснити, чому Земля та Марс сьогодні настільки різні. Земля стала великою планетою з активною геологією та сприятливими для життя умовами, тоді як Марс залишився значно меншим і з часом втратив значну частину своєї атмосфери та поверхневих запасів води.

Дослідження може допомогти у пошуку життя за межами Сонячної системи

Науковці вважають, що отримані результати мають значення не лише для вивчення Землі та Марса. Механізм формування планети безпосередньо впливає на те, скільки летких речовин вона може зберегти.

До таких речовин належать вода та інші компоненти, які можуть бути важливими для виникнення й підтримання життя. Якщо дослідники краще зрозуміють, як планети втрачають леткі елементи під час формування, це дозволить точніше оцінювати потенційну придатність для життя кам'янистих планет біля інших зірок.

Таким чином, історія Землі та Марса може стати своєрідним природним експериментом. Дві планети, народжені в одному космічному середовищі, могли пройти різними шляхами — і саме ця різниця допомагає вченим краще зрозуміти, чому одні планети стають придатними для життя, а інші залишаються холодними та майже безводними світами.