Марсианский метеорит опровергает теорию формирования планет

Астрофизики заново изучили метеорит Шассиньи, который упал во Франции еще в 1815 году. Новое исследование ставит под сомнение существующие представления об эволюции Солнечной системы.

Как и другие объекты во Вселенной, планеты Солнечной системы формировались из облака пыли и газа. Современные методы галактической археологии позволяют судить о том, в какой последовательности химические элементы попадали на поверхность планеты.

Для этого анализируются их изотопы, содержащиеся в атмосфере и недрах планет, в том числе водород, углерод, кислород, азот и инертные газы.

Считается, что газы попадали на поверхность молодых планет двумя способами: за счет аккреции из межзвездного пространства и с помощью хондритов. При этом газы, полученные за счет аккреции сначала растворялись в магме, а затем частично дегазировали в атмосферу планеты, а частично сохранялись в ее недрах. А вот летучие вещества, привнесенные хондритами, полностью оставались в атмосфере.

Фрагмент обыкновенного хондрита NWA 869. По химическому составу хондриты практически идентичны Солнцу за исключением водорода и гелия. Считается, что они возникли из протопланетного облака вокруг Солнца, а их возраст превышает 4,5 миллиарда лет. Изображение: H. Raab

Следовательно химический состав в недрах планеты должно соответствовать составу межзвездного пространства, а вещества в атмосфере в большей степени связаны с составом хондритов. Обычно эти два источника можно легко различить по соотношению изотопов инертных газов, в частности криптона и ксенона.

Особый интерес для астрономов представляет Марс из-за того, что его затвердевание произошло относительно быстро – всего за 4 миллиона лет с момента образования планеты. Для сравнения: Земле потребовалось на это примерно от 50 до 100 миллионов лет. 

Из-за этой особенности формирования на Марсе легче проследить, как именно летучие химические вещества попадали на планету в первые несколько миллионов лет существования Солнечной системы.

Фото Марса в современном состоянии. Состав его атмосферы в значительной мере отражает химическую эволюцию планеты. Изображение: NASA

Для нового исследования был взят метеорит Шассиньи, упавший во Франции в 1815 году. О нем было достоверно известно, что он содержит породу из-под поверхности Марса.

Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе изучили присутствующие в нем изотопы криптона и ксенона. Ранее такое исследование было невозможно провести, так как содержание этих элементов в метеоритах крайне низкое. Но современные лабораторные методы позволяют работать даже с микроскопическим количеством вещества.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science, и они оказались крайне необычными. Выяснилось, что изотопы криптона в метеорите соответствуют изотопам хондритов, а не изотопам из межзвездного пространства. Это означает, что привнесение веществ на планету с помощью хондритов началось на Марсе гораздо раньше, чем считалось.

Фрагмент метеорита Шассиньи, который хранится в музее естественной истории в Вене. Изображение: Ariel Provost

Дальнейшие исследования показали, что в недрах Марса содержатся хондритовые изотопы инертных газов, а в атмосфере, напротив – газы из межзвездного пространства. Традиционная модель планетарной эволюции предполагает, что все должно быть наоборот. А значит, исследование метеорита Шассиньи переворачивает представления о развитии планет Солнечной системы.

Теперь ученые предполагают, что атмосфера Марса сформировалась уже после застывания его поверхности. Ведь если бы имело место дегазирование из магмы, то в состав атмосферы попали бы хондритовые изотопы криптона и ксенона, а этого не произошло.

Вероятно, эволюция Марса завершилась раньше, чем облако газа и пыли, из которого возникла Солнечная система, рассеялось под влиянием солнечной радиации. И хотя пока это лишь предположения, дальнейшее изучение Марса может полностью изменить представления об эволюции планет.