Martin Schiller und Martin Bizzarro von der Universität Kopenhagen sowie Vera Assis Fernandes vom Naturhistorischen Museum in Berlin haben ein neues Modell für das Sonnensystem vorgeschlagen, um Unterschiede in der Isotopenzusammensetzung von Planeten zu erklären. Die Autoren lehnen die Annahme ab, dass große und kleine Objekte gleichzeitig, aber unterschiedlich schnell wuchsen, und glauben, dass das Wachstum kleiner Körper früher endete als große.
Fast alle Experten glauben heute, dass die Sonne und die Planeten aus einer einzigen protoplanetaren Wolke gebildet wurden. 99,9% der Masse dieser Scheibe fielen auf die Leuchte. Als die Sonne ausbrach, fegte der Sonnenwind leichten Wasserstoff und Helium aus der unmittelbaren Nähe des Sterns weg, sodass sich die Gasriesen jetzt außerhalb der Umlaufbahn des Mars befinden.
Unter den Strahlen eines jungen Sterns wurde protoplanetarer Staub zu Granulaten gesintert, die als Chondren bezeichnet wurden. Dieses Granulat klebte zusammen und bildete kleine Steine - Chondriten. Übrigens ist es dieser "Bauabfall", der 90% der auf der Erde gefundenen Meteoriten ausmacht.
Allmählich klebten Chondriten zu immer größeren Körpern zusammen - Planetesimalen. Die Schwerkraft versorgte sie mit frischem Material, und diese "Embryonen" wuchsen, bis der größte von ihnen zu Planeten und die übrigen Asteroiden wurden. Als die Reserven an kosmischem Staub in der protoplanetaren Scheibe erschöpft waren, endete das Wachstum von Körpern im Sonnensystem.
Die klassische Theorie geht davon aus, dass alle Körper im Sonnensystem gleichzeitig, aber unterschiedlich schnell gewachsen sind. Je massiver der Körper ist, desto stärker ist seine Schwerkraft und desto mehr umgebende Materie sammelt er, wodurch seine Größe noch weiter zunimmt. Dies ist das Schneeballprinzip oder wissenschaftlich gesehen ein positives Feedback. Dieses Gesetz regelt das Wachstum von Städten (die Menschen ziehen es vor, in Megastädte zu gehen, wo es mehr Geld und Möglichkeiten gibt, wodurch sie noch mehr wachsen), die Verbreitung von Sprachen (je mehr Menschen eine Sprache kennen, desto mehr Anreize, sie zu lernen) und so weiter.
Ohne den Rest der Theorie in Frage zu stellen, lehnen Schiller und seine Kollegen dieses Wachstumsmodell ab. Ihrer Meinung nach konnten die kleinen Körper nicht wachsen, weil sie die Materialhaftung früher beendet hatten (wie Experten sagen, Akkretion).
Wie die Zeitschrift Nature in einem Rückblick auf die Arbeit berichtet, waren die Autoren von dem Unterschied in der Isotopenzusammensetzung verschiedener Körper im Sonnensystem inspiriert. Die Autoren untersuchten nämlich das Verhältnis der Calciumisotope 48Ca und 44Ca auf Erde, Mars, Vesta und in Proben seltener Meteoritentypen: Ureilite und Angrite.
Wenn alle Planeten und Asteroiden in einem einzigen Prozess aus demselben kosmischen Staub gebildet wurden, warum ist das Verhältnis dieser Isotope unterschiedlich? Dies ist normalerweise mit unterschiedlichen Entfernungen zur Sonne und dementsprechend unterschiedlichen Temperaturen verbunden.
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Die Autoren fanden jedoch heraus, dass das Verhältnis der Calciumisotope von der Masse des Himmelskörpers abhängt. Die Massen der Erde, des Mars und der Vesta sind aus astronomischen Beobachtungen bekannt, und die ungefähren Massen von Objekten, deren Fragmente Meteoriten sind, wurden von Wissenschaftlern auf der Grundlage der Eigenschaften "himmlischer Gäste" rekonstruiert.
Das Verhältnis der Isotope 48 Ca / 44 Ca Sekunde wird mit μ48Ca gemessen. Es wird wie folgt berechnet: μ 48 Ca = (48 Ca / 44 Ca Himmelskörper - 48 Ca / 44 Ca Erde) / (48 Ca / 44 Ca Erde). Aufgrund der geringen Unterschiede in der Isotopenzusammensetzung wird μ 48 Ca in ppm (parts per million) gemessen. Per Definition kann dieser Wert für die Erde μ 48 Ca = 0 und für andere Körper sowohl positiv als auch negativ sein.
Schiller und Kollegen schlugen vor, dass der innere Teil der protoplanetaren Scheibe, der sich in Jupiters aktueller Umlaufbahn befindet, niedrige μ 48 Ca- Werte von etwa minus 150 ppm aufweist. Dieses Material reichte aus, damit Planetesimale auf die Größe des Körpers anwachsen konnten - die Heimat der Ureiliten (200 Kilometer Durchmesser).
Dann hörten einige dieser Körper auf zu wachsen. Diejenigen, die weiter wuchsen, erhöhten ihre Masse bereits aufgrund des äußeren Teils der Scheibe mit μ 48 Ca um etwa 200 ppm (ein Wert, der typisch für Chondriten ist, die sich jenseits der Jupiter-Umlaufbahn bildeten). Je länger das Wachstum andauerte, desto größer war daher der Endwert von μ 48 Ca. Vesta, gestoppt bei einem Durchmesser von 530 Kilometern, hat minus 100 ppm, Mars - minus 20 ppm und die Erde hat, wie bereits erwähnt, 0 ppm.
Was war jedoch die Kraft, die dazu führte, dass einige dieser Körper aufhörten zu wachsen? Dies könnte eine komplexe Gravitationswechselwirkung zwischen den "Embryonen der Planeten" sein, die ihre Flugbahn verändert. Die gegenwärtigen Planeten, deren nahezu kreisförmige Bahnen in der Ebene der protoplanetaren Scheibe lagen, durchstreiften die reichsten Regionen des entstehenden Systems und wuchsen daher weiter. Die Verlierer, die zu langgestreckt und vielleicht in einer anderen Ebene der Flugbahn liegend waren, blieben auf einer Hungerdiät.
Die Schlussfolgerung über das unterschiedliche Alter der Proben wird auch durch die Datierung durch den Gehalt an radioaktiven Isotopen bestätigt.
Es kann jedoch nicht gesagt werden, dass das neue Modell keine Probleme hat. Zum Beispiel gibt es schwierige Fragen an sie im Zusammenhang mit der Bildung des Mondes. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) berichtete ausführlich über die Kollision der Erde mit Theia, aus der unser Satellit hervorging. Es wird normalerweise angenommen, dass Theia signifikant kleiner als die Erde war, aber aus der Theorie der Autoren folgt, dass zwei Körper derselben Masse kollidierten. Dies steht nicht im Einklang mit einigen bekannten Tatsachen.
Darüber hinaus gibt es Studien, die zeigen, dass der Zufluss von Materie aus dem äußeren Teil der protoplanetaren Scheibe bereits in den ersten Millionen Jahren ihres Bestehens aufgrund der Bildung von Protojupiter aufhörte. Es ist nicht einfach, die Zusammensetzung von Chondriten im Rahmen des Autorenmodells zu erklären.
Wahrscheinlich fehlen dem Puzzle "Bildung des Sonnensystems" noch einige wichtige Teile, ohne die ein Modell, das alle Fragen beantwortet, nicht gebaut werden kann.
Anatoly Glyantsev
