В последние годы астрономы пытались уточнить наше понимание того, как сформировалась Солнечная система. С одной стороны, у вас есть традиционная небулярная гипотеза, которая утверждает, что Солнце, планеты и все другие объекты в Солнечной системе образовались из туманного материала миллиарды лет назад. Однако астрономы традиционно предполагали, что планеты сформировались на их нынешних орбитах, что с тех пор стало подвергаться сомнению.
Это стало проблемой для теорий, как модель Grand Tack. Эта теория утверждает, что Юпитер мигрировал со своей первоначальной орбиты после того, как он сформировался, что имело большое влияние на внутреннюю Солнечную систему. И в более недавнем исследовании международная команда ученых сделала еще один шаг вперед, предположив, что Марс фактически сформировался в том, что сегодня является поясом астероидов, и со временем мигрировал ближе к Солнцу.
Исследование, озаглавленное «Прохладное и далекое образование Марса», недавно появилось в журнале Письма о Земле и планетарной науке. Исследование было проведено Рамоном Брассером из Института наук о жизни Земли в Токийском технологическом институте и включало членов из Университета Колорадо, Венгерской академии наук и Университета Данди в Великобритании.
Ради их изучения команда рассмотрела одну из самых ярких проблем с традиционными моделями формирования Солнечной системы. Это предположение, что Марс, Земля и Венера сформировались близко друг к другу и что Марс мигрировал наружу к своей текущей орбите. Кроме того, теория гласит, что Марс - примерно 53% размером с Землю и всего 15% массивный - по сути является планетарным зародышем, который никогда не становился полноценной, каменистой планетой.
Однако это противоречило массивным элементным и изотопным исследованиям, выполненным на марсианских метеоритах, которые отметили ключевые различия в составе между Марсом и Землей. Как Брассер и его команда указали в своем исследовании:
«Это говорит о том, что Марс сформировался за пределами земной зоны питания во время первичной аккреции. Поэтому вероятно, что Марс всегда оставался значительно дальше от Солнца, чем Земля; его рост был задержан рано, и его масса оставалась относительно низкой.
Чтобы проверить эту гипотезу, команда провела динамическое моделирование, которое соответствовало модели Grand Tack. В этих симуляциях Юпитер перемещал большую концентрацию массы к Солнцу, а затем мигрировал к внутренней Солнечной системе, что оказало глубокое влияние на формирование и орбитальные характеристики планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс).
Теория также утверждает, что эта миграция оттащила материал от Марса, что объясняет различия в составе и меньшие размеры и массу планеты относительно Венеры и Земли. Они обнаружили, что в небольшом проценте их моделирования Марс сформировался дальше от Солнца, и гравитационное притяжение Юпитера толкнуло Марс на его нынешнюю орбиту.
Исходя из этого, команда пришла к выводу, что либо у ученых нет необходимых механизмов для объяснения формирования Марса, либо у всех возможностей этот статистически редкий сценарий действительно является правильным. Как Стивен Мойжсис - профессор геологических наук в Университете Колорадо и соавтор исследования - указал в недавнем интервью с Астробиологический Журнал, тот факт, что сценарий редок, не делает его менее правдоподобным:
«Учитывая достаточно времени, мы можем ожидать этих событий. Например, в конечном итоге вы получите двойные шестерки, если бросите кубик достаточно раз. Вероятность составляет 1/36 или примерно такая же, как у нас при моделировании формирования Марса ».
По правде говоря, вероятность 2% (что и было получено в результате моделирования) вряд ли является плохим шансом, если рассматривать ее с космологической точки зрения. И если учесть, что такая возможность учитывает ключевые различия между Марсом и его земными кузенами (т. Е. Землей и Венерой), такая малая вероятность представляется весьма вероятной. Однако идея о том, что Марс мигрировал внутрь в течение своей истории, также несет в себе некоторые серьезные последствия.
Для начала, исследователи были вынуждены объяснить, как Марс мог обладать более толстой, более теплой атмосферой, которая позволила бы существовать жидкой воде на поверхности. Если бы Марс действительно сформировался в современном Поясе Астероидов, он был бы подвержен гораздо меньшему солнечному потоку, и температура поверхности была бы значительно ниже, чем если бы он сформировался в своем нынешнем местоположении.
Однако, как они указывают, если бы Марс имел достаточно углекислого газа в своей ранней атмосфере, то вполне возможно, что удары во время поздней тяжелой бомбардировки могли допускать периодические периоды, когда на поверхности могла существовать жидкая вода. Или как они это объясняют:
«Если, как показывает наша модель, богатый природой Марс обладает сильной и устойчивой парниковой атмосферой, его средняя температура на поверхности была постоянно ниже 0 ° C. Такая среда с холодной поверхностью регулярно подвергалась бы воздействию ранних бомбардировок, которые одновременно возобновляли умирающий гидрологический цикл и предоставляли убежище для возможной молодости марсианской коры ».
По сути, в то время как Марс подвергался бы меньшему воздействию солнечной энергии в течение своей ранней жизни, возможно, он все еще был достаточно теплым, чтобы поддерживать жидкую воду на своей поверхности. И, как сказал Мойжсис в статье, которую он в соавторстве написал в прошлом году, многих бомбардировок, которые он получил (о чем свидетельствуют его многочисленные кратеры), было бы достаточно, чтобы растопить поверхностный лед, утолстить атмосферу и запустить периодический гидрологический цикл.
Другая интересная вещь в этом исследовании заключается в том, как она предсказывает, что Венера, вероятно, имеет объемный состав (включая изотопы кислорода), который подобен составу системы Земля-Луна. Согласно их моделированию, это связано с тем, что Венера и Земля всегда разделяли одни и те же строительные блоки, а Земля и Марс - нет. Эти результаты согласуются с недавними наземными инфракрасными наблюдениями Венеры и ее атмосферы.
Но, конечно, по этому поводу нельзя сделать окончательных выводов, пока не будут получены образцы коры Венеры. Этого можно достичь, если и когда в ближайшее десятилетие будет запущена предлагаемая миссия «Венера-Долгоживущая» («Венера-Д») - совместный план НАСА / Роскомоса по отправке орбитального аппарата и корабля на Венеру. Между тем, в модели Grand Tack и Nebular Hypothesis есть еще нерешенные вопросы, которые необходимо решить.
По словам Мойжсиса, это включает то, как газовые / ледяные гиганты Солнечной системы могли образоваться в своих нынешних местах. Идея, что они сформировались на их нынешних орбитах за Поясом Астероидов, кажется несовместимой с моделями ранней Солнечной системы, которые показывают, что вдали от Солнца было недостаточно необходимого материала. Альтернативой является то, что они сформировались ближе к Солнцу и также мигрировали наружу.
Как объяснил Мойжсис, эта возможность подкрепляется недавними исследованиями планетарных систем вне Солнца, где газовые гиганты были обнаружены на орбите очень близко к своим звездам (то есть «горячим Юпитерам») и дальше:
«Из прямых наблюдений с помощью космического телескопа Кеплера и более ранних исследований мы понимаем, что гигантская миграция планет является нормальной особенностью планетных систем. Образование гигантских планет вызывает миграцию, а миграция связана с гравитацией, и эти миры рано влияли на орбиты друг друга ».
Если есть одно преимущество в том, чтобы иметь возможность заглянуть дальше во Вселенную, это то, как это позволило астрономам придумать более совершенные и более полные теории о том, как возникла Солнечная система. И поскольку наше исследование Солнечной системы продолжает расти, мы обязательно узнаем много вещей, которые помогут нам лучше понять и другие звездные системы.
