지구와 화성은 내부 태양계의 물질로 구성된 큰 물체의 충돌로 형성

국제 연구팀은 내부 태양계에서 암석 행성의 동위원소 구성을 조사했습니다.

지구와 화성 그것은 주로 내부 태양계에서 유래한 물질로 형성되었습니다. 이 두 행성의 기본 구성 요소 중 극히 일부만이 나중에 생성되었습니다. 목성궤도. 박사가 이끄는 연구원 그룹 뮌스터 대학교 (독일) 이 결과는 2021년 12월 22일 저널에 게재되었습니다. 과학 진보. 그것들은 지구와 화성의 동위원소 구성과 내부 및 외부 태양계의 원래 건축 자재의 현재까지 가장 포괄적인 비교를 제공합니다. 이 물질의 일부는 오늘날에도 운석에서 크게 변하지 않고 여전히 존재합니다. 연구 결과는 행성 수성을 형성하는 과정에 대한 우리의 이해에 광범위한 결과를 가져왔습니다. 금성지구와 화성. 네 개의 암석 행성이 추진되지 않은 외부 태양계의 먼지 자갈을 밀리미터 크기로 축적하여 현재 크기로 성장했다는 이론.

약 46억 년 전 우리 태양계 초기에 먼지와 가스 원반이 어린 태양 주위를 돌고 있었습니다. 두 가지 이론은 암석으로 된 내부 행성이 이 원래의 건축 자재로부터 수백만 년에 걸쳐 어떻게 형성되었는지를 설명합니다. 오래된 이론에 따르면, 내부 태양계의 먼지는 점차적으로 거의 달의 크기에 도달하는 더 큰 조각으로 뭉쳤습니다. 이 행성 배아의 충돌은 마침내 내부 행성 수성, 금성, 지구 및 화성을 초래했습니다. 그러나 새로운 이론은 다른 성장 과정을 선호합니다. 태양계 외부에서 태양을 향해 이동한 밀리미터 크기의 먼지 “자갈”입니다. 가는 길에 태양계 내부 행성의 배아 위에 쌓이고 점차 현재 크기로 확대됩니다.

4개의 지구형 행성: 수성, 금성, 지구, 화성. 크레딧: NASA/달과 행성 연구소

두 이론 모두 초기 태양계의 조건과 역학을 재구성하는 것을 목표로 하는 이론적 모델과 컴퓨터 시뮬레이션을 기반으로 합니다. 둘 다 행성 형성의 가능한 경로를 설명합니다. 그러나 어느 것이 맞습니까? 실제로 어떤 과정이 있었나요? 이러한 질문에 답하기 위해 현재 연구에서 뮌스터 대학교(독일), 라 코트 다쥐르 천문대(프랑스), 캘리포니아 공과 대학(미국), 베를린 자연사 박물관(독일) 및 베를린 자유 대학교(독일) 확인) 암석 행성 지구와 화성의 정확한 구성.

이 연구의 제1저자인 뮌스터 대학의 크리스토프 부르크하르트 박사는 “우리는 지구와 화성의 빌딩 블록이 태양계 외부에서 유래했는지 내부에서 유래했는지를 알고 싶었습니다.”라고 말했습니다. 이를 위해 두 행성의 규산염이 풍부한 외층에서 미세한 흔적으로 발견되는 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴과 같은 희귀 금속의 동위 원소가 중요한 단서를 제공합니다. 동위 원소는 원자핵의 무게 만 다른 동일한 원소의 다른 유형입니다.

참고용 운석

과학자들은 초기 태양계에서 이들 및 기타 금속 동위원소가 고르게 분포되지 않았다고 가정합니다. 오히려 그 풍부함은 태양으로부터의 거리에 달려 있었습니다. 따라서 그들은 특정 신체의 구성 요소가 초기 태양계에서 시작된 위치에 대한 귀중한 정보를 보유하고 있습니다.

외부 및 내부 태양계의 원래 동위 원소 목록에 대한 참고 자료로 연구원들은 두 가지 유형의 운석을 사용했습니다. 이 암석 조각들은 일반적으로 화성과 목성의 궤도 사이에 있는 소행성대에서 지구로 가는 길을 찾았습니다. 그들은 주로 태양계의 시작부터 원래 재료로 간주됩니다. 탄소를 적게 함유할 수 있는 소위 탄소질 콘드라이트는 목성 궤도 외부에서 시작되어 성장하는 가스 거인의 영향으로 나중에 소행성대로 이동했지만, 탄소가 더 많이 고갈된 사촌인 비탄산염 콘드라이트는 시스템의 실제 자식 실내 일광 욕실.

화성 운석 코끼리 빙퇴석(EETA) 79001. 과학자들은 연구에서 이들 운석과 다른 화성 운석을 조사했습니다. 신용 NASA/JSC

지구에서 가장 바깥쪽으로 접근 가능한 암석층과 두 가지 유형의 운석에 대한 정확한 동위원소 구성이 얼마 동안 연구되었습니다. 그러나 화성 암석에 대한 비교적 포괄적인 분석은 없었다. 현재 연구에서 연구자들은 총 17개의 화성 운석 샘플을 조사했으며 이는 6가지 전형적인 화성 암석 유형에 할당될 수 있습니다. 또한 과학자들은 처음으로 세 가지 다른 금속 동위원소의 존재비를 조사했습니다.

화성 운석의 샘플은 먼저 스캔되어 복잡한 화학 처리를 거쳤습니다. 다중 어셈블러 사용 혈장 뮌스터 대학 행성 과학 연구소의 질량 분광법을 통해 연구원들은 티타늄, 지르코늄 및 몰리브덴의 동위원소를 미량 검출할 수 있었습니다. 그런 다음 그들은 컴퓨터 시뮬레이션을 실행하여 오늘날 발견된 건축 자재가 측정된 구조를 재현하기 위해 지구와 화성에서 탄산염 및 비탄소 콘드라이트로 결합되어야 하는 비율을 계산했습니다. 그렇게 하면서 그들은 티타늄과 지르코늄 동위원소와 몰리브덴 동위원소의 서로 다른 역사를 설명하기 위해 두 가지 다른 축적 단계를 고려했습니다. 티타늄 및 지르코늄과 달리 몰리브덴은 주로 행성의 금속 코어에 축적됩니다. 규산염이 풍부한 외부 층에 오늘날에도 여전히 존재하는 미량의 양은 행성 성장의 마지막 단계에서만 추가될 수 있습니다.

연구원들의 발견은 지구와 화성의 바깥 암석층이 태양계 바깥쪽의 탄소질 콘드라이트와 공통점이 거의 없다는 것을 보여줍니다. 그것들은 두 행성의 원래 빌딩 블록의 약 4%에 불과합니다. 괴팅겐에 있는 막스 플랑크 태양계 연구 연구소 소장이기도 한 뮌스터 대학의 Thorsten Klein 교수는 다음과 같이 말했습니다. “따라서 우리는 내부 행성 형성 이론을 확인할 수 없습니다.”라고 그는 덧붙입니다.

건축 자재 누락

그러나 지구와 화성의 조성은 비탄소질 콘드라이트의 조성과도 완전히 일치하지 않습니다. 컴퓨터 시뮬레이션은 다른 유형의 건축 자재도 작동해야 함을 나타냅니다. “우리의 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 추론된 이 세 번째 유형의 건축 자재의 동위원소 구성은 그것이 태양계의 가장 안쪽 지역에서 유래했음을 나타냅니다.”라고 Christoph Burckhardt는 설명합니다. 태양 근처의 물체는 소행성대에서 산란된 적이 없기 때문에 이 물질은 내부 행성에 거의 완전히 흡수되어 운석에서 발생하지 않습니다. Thorsten Kleine은 “말하자면 우리가 더 이상 직접 접근할 수 없는 ‘누락된 건축 자재’입니다.”라고 말합니다.

갑작스러운 발견은 행성 형성 이론 연구의 결과를 바꾸지 않습니다. Christoph Burckhardt는 “지구와 화성이 주로 내부 태양계의 물질을 포함하고 있는 것으로 보인다는 사실은 내부 태양계의 큰 물체가 충돌하여 행성이 형성되는 데 매우 적합하다”고 결론지었습니다.

참조: Christoph Burckhardt, Fridolin Spitzer, Alessandro Morbidelli, Gerrit Bodd, Jan H. Rinder, Thomas S. Kroyer 및 Thorsten Klein의 “잃어버린 내부 태양계 재료로부터의 지상 행성 형성”, 2021년 12월 22일 여기에서 사용 가능 과학 진보.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj7601