На основе анализа более сотни научных работ, изучающих метеориты различных типов, исследователи воссоздали картину событий, разворачивавшихся в первые миллионы лет существования Солнечной системы, и установили, каким образом образовались Земля и другие планеты.
Несмотря на то, что каждый метеорит, достигающий поверхности Земли, содержит важные сведения о формировании нашей планетной системы, для исследователей наиболее значимы кальций-алюминиевые включения (CAIs) представляют собой наиболее древние твердые материалы, сформировавшиеся в нашей Солнечной системе.
Результаты научной работы, опубликованной в журнале Space Science Reviews, исследования показали, что CAIs возникли в протопланетном диске приблизительно 4,567 миллиарда лет назад и «записали» химические и изотопные характеристики древнейших процессов. В первые сотни тысяч–один миллион лет после своего образования они начали формироваться хондры — «эти частицы, также известные как «строительные блоки» будущих миров, по оценкам, составляют до 80% вещества примитивных метеоритов.
На основании анализа более ста научных работ, посвященных изотопному анализу примитивных хондритов и железных метеоритов, исследователи под руководством Марии Шонбехлер из Цюрихского университета (Швейцария) сделали соответствующий вывод. В метаанализ также включены данные, полученные из нескольких сотен образцов, собранных за последние два десятилетия. Такой объем информации позволил установить последовательность событий в первые миллионы лет существования Солнечной системы и определить время начала формирования планетезимали — «зачатки» будущих планет, обладающие металлическим ядром.
По данным исследований, объединение пылевых частиц и их последующее превращение в крупные тела, известные как аккреция и дифференциация, стартовало менее чем через миллион лет после образования первичных включений (CAIs) и длилось всего несколько миллионов лет. Значительную роль в этом развитии сыграл короткоживущий радиоактивный изотоп алюминия-26, этот элемент служил источником внутреннего тепла для первых планетезималей. Равномерное распределение по диску протопланеты свидетельствует о том, что молодые небесные тела практически одновременно прогревались и расплавлялись в различных областях — от места формирования Земли до внешнего пояса астероидов.
Ученые также установили наличие двух изотопных резервуаров вещества в ранней Солнечной системе: внутренний (не содержащий углерод, NC) и внешний (содержащий углерод, СС). В состав первого входили более сухие и нагретые материалы, которые послужили основой для формирования Земли и Марса. Второй же резервуар состоял из вещества, насыщенного летучими элементами, водой и органическими соединениями – предшественниками тел, подобных кометам и газовым гигантам.
По всей видимости, эти две области развивались независимо друг от друга в течение миллионов лет. Их изоляцию, скорее всего, обеспечивал ранний Юпитер, гравитационное поле которого образовало своего рода «барьер», не позволяющий обмену материалами между внутренней и внешней частями Солнечной системы.
Изучение изотопного состава железных метеоритов, представляющих собой фрагменты металлических ядер древних планетезималей, уничтоженных в результате столкновений, выявило, что дифференциация железа и силикатов произошла в период от одного до трех миллионов лет после формирования Солнечной системы. Исследования показывают, что многие небесные тела прошли стадию расплавления и образовали ядра до того, как прекратилось выделение радиоактивного тепла, связанного с распадом алюминия-26.
Результаты, полученные Шонбехлер и его соавторами, соответствуют данным, полученным в ходе предыдущего моделирования выполненного учеными из Университета Райса (США): обе научные работы рисуют согласованную картину, в которой главным «архитектором» Солнечной системы стал Юпитер. Именно газовый гигант определил границы, из которых выросли внутренние каменистые миры и внешний пояс ледяных тел.
Авторы научной работы подчеркивают, что продолжение исследований изотопного состава редких метеоритов и образцов с астероидов, полученных в ходе миссий Хаябуса-2 и OSIRIS-REx, даст возможность более точно определить регион протопланетного диска, где возникла Земля и другие планеты земной группы.