El equipo de investigación internacional investigó la composición isotópica de los planetas rocosos del sistema solar interior.
tierra y Marte Se formó a partir de una sustancia que se originó en gran parte en el sistema solar interior; Solo un pequeño porcentaje de los bloques de construcción básicos de estos dos planetas se originó más tarde. Júpiterorbita. Un grupo de investigadores liderado por el Dr. Universidad de Münster (Alemania) Estos resultados fueron publicados el 22 de diciembre de 2021 en la revista progreso de la ciencia. Proporcionan la comparación más completa hasta la fecha de la composición isotópica de la Tierra y Marte y los materiales de construcción originales del sistema solar interior y exterior. Parte de este material todavía está presente en gran medida sin cambios en los meteoritos. Los resultados del estudio tienen consecuencias de gran alcance para nuestra comprensión del proceso que formó los planetas Mercurio, VenusTierra y Marte. La teoría de que los cuatro planetas rocosos crecieron hasta su tamaño actual acumulando guijarros de polvo de tamaño milimétrico del sistema solar exterior que no fueron propulsados.
Hace aproximadamente 4.600 millones de años, en los primeros días de nuestro sistema solar, un disco de polvo y gas giraba alrededor del joven sol. Dos teorías describen cómo los planetas interiores rocosos se formaron durante millones de años a partir de este material de construcción original. Según la vieja teoría, el polvo en el sistema solar interior se ha aglomerado en pedazos más grandes que gradualmente alcanzan aproximadamente el tamaño de la luna. La colisión de estos embriones planetarios finalmente resultó en los planetas interiores Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Sin embargo, una teoría más reciente favorece un proceso de crecimiento diferente: «grava» de polvo de tamaño milimétrico que migró desde el sistema solar exterior hacia el sol. En su camino, se apilaron sobre los embriones de los planetas en el sistema solar interior, y gradualmente los agrandaron hasta su tamaño actual.
Los cuatro planetas terrestres: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Crédito: NASA / Instituto Planetario y de la Luna
Ambas teorías se basan en modelos teóricos y simulaciones por computadora destinadas a reconstruir las condiciones y la dinámica en el sistema solar temprano; Ambos describen un posible camino hacia la formación de planetas. ¿Pero cuál es el correcto? ¿Qué proceso sucedió realmente? Para responder a estas preguntas, en el estudio actual investigadores de la Universidad de Münster (Alemania), el Observatorio La Côte d’Azur (Francia), el Instituto Tecnológico de California (EE. UU.), El Museo de Historia Natural de Berlín (Alemania) y la Universidad Libre de Berlín (Alemania) identificó) La composición exacta de los planetas rocosos Tierra y Marte.
«Queríamos averiguar si los componentes básicos de la Tierra y Marte se originaron en el sistema solar exterior o interior», dice el Dr. Christoph Burckhardt de la Universidad de Münster, primer autor del estudio. Con este fin, los isótopos de metales raros como el titanio, el circonio y el molibdeno que se encuentran en diminutas trazas en las capas exteriores ricas en silicato de ambos planetas proporcionan pistas importantes. Los isótopos son diferentes tipos de un mismo elemento, que difieren solo en el peso de sus núcleos atómicos.
Meteoritos para referencia.
Los científicos asumen que en el sistema solar temprano estos y otros isótopos metálicos no estaban distribuidos uniformemente. Más bien, su abundancia dependía de la distancia del sol. Por lo tanto, contienen información valiosa sobre dónde se originaron los componentes básicos de un cuerpo en particular en el sistema solar temprano.
Como referencia para el inventario isotópico original del sistema solar exterior e interior, los investigadores utilizaron dos tipos de meteoritos. Estos trozos de roca generalmente llegaron a la Tierra desde el cinturón de asteroides, el área entre las órbitas de Marte y Júpiter. Se consideran en gran parte materiales originales desde los inicios del sistema solar. Mientras que las llamadas condritas carbonáceas, que pueden contener tan poco como carbono, se originaron fuera de la órbita de Júpiter y luego se trasladaron al cinturón de asteroides debido a la influencia de los gigantes gaseosos en crecimiento, sus primas más empobrecidas en carbono, las condritas no carbonatadas, son Hijos reales del sistema Solarium interior.
El meteorito marciano elefante moraine (EETA) 79001. Los científicos examinaron estos y otros meteoritos marcianos en el estudio. crédito NASA / JSC
La composición isotópica exacta de las capas de rocas accesibles más externas de la Tierra y las de los dos tipos de meteoritos se ha estudiado durante algún tiempo; Sin embargo, no ha habido análisis relativamente completos de las rocas marcianas. En su estudio actual, los investigadores han examinado muestras de un total de 17 meteoritos marcianos, que pueden asignarse a seis tipos típicos de rocas marcianas. Además, los científicos han investigado por primera vez la abundancia de tres isótopos metálicos diferentes.
En primer lugar, se escanearon muestras de meteoritos marcianos y se sometieron a un tratamiento químico complejo. Usando el ensamblador múltiple plasma Luego, en espectrometría de masas en el Instituto de Ciencias Planetarias de la Universidad de Münster, los investigadores pudieron detectar trazas de isótopos de titanio, circonio y molibdeno. Luego realizaron simulaciones por computadora para calcular la proporción en la que los materiales de construcción que se encuentran en la actualidad deben combinarse en condritas carbonatadas y no carbónicas en la Tierra y Marte para reproducir las estructuras medidas. Al hacerlo, consideraron dos etapas diferentes de acumulación para explicar la historia diferente de los isótopos de titanio y circonio, así como de los isótopos de molibdeno, respectivamente. A diferencia del titanio y el circonio, el molibdeno se acumula principalmente en el núcleo metálico del planeta. Las trazas que todavía están presentes hoy en las capas externas ricas en silicatos solo se pueden agregar durante la última etapa del crecimiento del planeta.
Los hallazgos de los investigadores muestran que las capas rocosas exteriores de la Tierra y Marte tienen poco en común con las condritas carbonáceas del Sistema Solar exterior. Representan solo alrededor del cuatro por ciento de los bloques de construcción originales de ambos planetas. El profesor Thorsten Klein de la Universidad de Münster, quien también es director del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar en Gotinga, dice: «Por lo tanto, no podemos confirmar esta teoría de la formación de planetas internos», agrega.
Faltan materiales de construcción
Pero la composición de la Tierra y Marte tampoco coincide con la de las condritas no carbonáceas. Las simulaciones por computadora indican que también debería estar en funcionamiento un tipo diferente de material de construcción. «La composición isotópica de este tercer tipo de material de construcción según lo deducido por nuestras simulaciones por computadora indica que debe haberse originado en la región más interna del Sistema Solar», explica Christoph Burckhardt. Dado que los objetos cercanos al Sol nunca se han dispersado en el cinturón de asteroides, este material se ha absorbido casi por completo en los planetas interiores y, por lo tanto, no se encuentra en los meteoritos. «Son, por así decirlo, ‘materiales de construcción faltantes’ a los que ya no tenemos acceso directo en la actualidad», dice Thorsten Kleine.
El repentino descubrimiento no cambia los resultados del estudio de la teoría de la formación de planetas. Christoph Burckhardt concluye que «el hecho de que la Tierra y Marte parezcan contener principalmente material del sistema solar interior es muy adecuado para la formación de planetas a partir de colisiones de grandes cuerpos en el sistema solar interior».
Referencia: «La formación de planetas terrestres a partir de los materiales perdidos del sistema solar interior» por Christoph Burckhardt, Fridolin Spitzer, Alessandro Morbidelli, Gerrit Bodd, Jan H. Rinder, Thomas S. Kroyer y Thorsten Klein, 22 de diciembre de 2021 Disponible aquí progreso de la ciencia.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj7601
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