Οι επιστήμονες προσπαθούν να κατανοήσουν την προέλευση του υλικού από το οποίο σχηματίστηκε η Γη. Παρά τη θέση της στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα, θεωρούσαν πιθανό ότι το 6-40% αυτού του υλικού πρέπει να προήλθε από το εξωτερικό ηλιακό σύστημα, δηλαδή πέρα από τον Δία.
Κάπως έτσι θα μπορούσε να μοιάζει ο σχηματισμός της Γης στο ηλιακό μας σύστημα. Η γέννηση δύο πλανητών (ανοιχτόχρωμες καφέ κουκκίδες) μέσα σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο γύρω από το νεαρό αστέρι WISPIT 2.
Πηγή: ESO / C. Lawlor, R. F. van Capelleveen κ.ά. / Creative Commons BY 4.0
Η «ταυτότητα» της Γης: Επιστήμονες βρήκαν από πού προήλθαν ακριβώς τα υλικά του πλανήτη μας
Για μεγάλο χρονικό διάστημα, το υλικό από το εξωτερικό ηλιακό σύστημα θεωρούνταν απαραίτητο για τη μεταφορά πτητικών στοιχείων, όπως το νερό, στη Γη. Κατά συνέπεια, θα έπρεπε να είχε υπάρξει μια ανταλλαγή υλικών μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού ηλιακού συστήματος κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της Γης. Αληθεύει όμως αυτό;
Οι πλανητικοί επιστήμονες Paolo Sossi και Dan Bower, από το ETH της Ζυρίχης, συνέκριναν τα υπάρχοντα δεδομένα για τις ισοτοπικές αναλογίες μιας ευρείας γκάμας μετεωριτών —συμπεριλαμβανομένων εκείνων από τον Άρη και τον αστεροειδή Εστία (Vesta)— με εκείνα της Γης.
Τα ισότοπα είναι «αδελφά» άτομα του ίδιου στοιχείου (ίδιος αριθμός πρωτονίων) που έχουν διαφορετική μάζα (διαφορετικό αριθμό νετρονίων). Οι ερευνητές ανέλυσαν αυτά τα δεδομένα με έναν νέο τρόπο και κατέληξαν σε ένα εκπληκτικό συμπέρασμα: το υλικό που συνθέτει τη Γη προέρχεται εξ ολοκλήρου από την εσωτερική περιοχή του ηλιακού συστήματος. Αντίθετα, το υλικό από το εξωτερικό ηλιακό σύστημα είναι πιθανό να αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 2% της μάζας της Γης, ή ακόμη και τίποτα απολύτως.
Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Astronomy. «Οι υπολογισμοί μας το καθιστούν σαφές: το δομικό υλικό της Γης προέρχεται από μια ενιαία δεξαμενή υλικού», δηλώνει ο Sossi.
Ο συνάδελφός του, Bower, προσθέτει: «Μείναμε πραγματικά έκπληκτοι όταν διαπιστώσαμε ότι η Γη αποτελείται εξ ολοκλήρου από υλικό του εσωτερικού ηλιακού συστήματος, το οποίο διαφέρει από οποιονδήποτε συνδυασμό υπαρχόντων μετεωριτών». Για τη μελέτη τους, οι ερευνητές του ETH χρησιμοποίησαν ήδη υπάρχοντα δεδομένα για δέκα διαφορετικά ισοτοπικά συστήματα από μετεωρίτες και τα ανέλυσαν χρησιμοποιώντας μια εξειδικευμένη στατιστική μέθοδο.
Οι προηγούμενες μελέτες εξέταζαν κυρίως μόνο δύο ισοτοπικά συστήματα. «Οι μελέτες μας είναι στην πραγματικότητα πειράματα επιστήμης δεδομένων (data science)», λέει ο Sossi. «Πραγματοποιήσαμε στατιστικούς υπολογισμούς που σπάνια χρησιμοποιούνται στη γεωχημεία, παρόλο που αποτελούν ένα πανίσχυρο εργαλείο».
Τα ισότοπα στους μετεωρίτες χρησιμοποιούνται εδώ και καιρό από τους ερευνητές για να προσδιορίσουν την προέλευση των ουράνιων σωμάτων, δηλαδή από ποιο μέρος του ηλιακού συστήματος προέρχονται. Ιστορικά, ωστόσο, μόνο τα διάφορα ισότοπα του στοιχείου οξυγόνου μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της προέλευσής τους.
Μόλις στις αρχές της δεκαετίας του 2010 ένας Αμερικανός ερευνητής ανακάλυψε ότι και άλλα ισότοπα, όπως του χρωμίου και του τιτανίου, θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τον σκοπό αυτό. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να ταξινομήσουν τους μετεωρίτες σε δύο κατηγορίες:
Τους μη ανθρακούχους (non-carbonaceous), οι οποίοι σχηματίζονται αποκλειστικά στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα, και τους ανθρακούχους (carbonaceous), οι οποίοι περιέχουν περισσότερο νερό και άνθρακα και προέρχονται από το εξωτερικό ηλιακό σύστημα.
Η νέα ανάλυση αποκαλύπτει ότι η Γη αποτελείται εξ ολοκλήρου από μη ανθρακούχο υλικό. Δεν βρέθηκε καμία απόδειξη για την προηγουμένως υποτιθέμενη ανταλλαγή υλικών μεταξύ των δεξαμενών του εξωτερικού και του εσωτερικού ηλιακού συστήματος.
Συνεπώς, η Γη αναπτύχθηκε μέσα σε ένα σχετικά στατικό σύστημα, ενσωματώνοντας τους μικρότερους γειτονικούς της πλανήτες κατά την εξέλιξή της. Αυτό συνεπάγεται επίσης ότι τα περισσότερα πτητικά στοιχεία, όπως το νερό, πρέπει να ήταν ήδη παρόντα στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα.
Αλλά γιατί υπάρχουν δύο διακριτές δεξαμενές υλικού στο ηλιακό μας σύστημα; Οι ερευνητές υποθέτουν ότι το ηλιακό μας σύστημα χωρίστηκε στα δύο κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του, λόγω της ταχείας ανάπτυξης και του τεράστιου μεγέθους του Δία.
Η βαρύτητα του αέριου γίγαντα δημιούργησε ένα κενό στον πρωτοπλανητικό δίσκο που περιφερόταν γύρω από τον νεαρό ήλιο. Αυτοί οι δίσκοι έχουν σχήμα δακτυλίου και αποτελούνται από αέρια και σκόνη, είναι το γενέθλιο περιβάλλον των πλανητών.
Ο Δίας εμπόδισε το υλικό από το εξωτερικό ηλιακό σύστημα να εισέλθει στην εσωτερική περιοχή. Ωστόσο, ο βαθμός στον οποίο αυτό το φράγμα ήταν διαπερατό παρέμενε ασαφής μέχρι τώρα. Στη νέα τους ανάλυση, οι δύο ερευνητές του ETH αποδεικνύουν ότι σχεδόν καθόλου υλικό από την περιοχή πέρα από τον Δία δεν έρρευσε προς τη Γη.
«Οι υπολογισμοί μας είναι πολύ ισχυροί και βασίζονται αποκλειστικά στα ίδια τα δεδομένα, όχι σε φυσικές υποθέσεις, καθώς αυτές δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητές», τονίζει ο Bower. Η ανάλυση δείχνει επίσης ότι η υλική σύσταση της Γης είναι παρόμοια με εκείνη της Εστίας (Vesta) και του Άρη.
Οι ερευνητές υποψιάζονται επίσης ότι η Αφροδίτη και ο Ερμής βρίσκονται στην ίδια ευθεία. «Με βάση την ανάλυσή μας, μπορούμε θεωρητικά να προβλέψουμε τη σύσταση αυτών των δύο πλανητών», λέει ο Sossi. Ωστόσο, δεν μπορεί να το επαληθεύσει αναλυτικά, καθώς προς το παρόν δεν υπάρχουν διαθέσιμα δείγματα πετρωμάτων από τον Ερμή και την Αφροδίτη, που είναι οι δύο εσωτερικότεροι πλανήτες του ηλιακού συστήματος.
«Τα αποτελέσματά μας ρίχνουν νέο φως στην ιστορία του σχηματισμού της Γης και των άλλων βραχωδών πλανητών», λέει ο Sossi. Ο Sossi και η ομάδα του σκοπεύουν να συνεχίσουν την έρευνα διερευνώντας γιατί υπήρχε επαρκές νερό στο θερμό, εσωτερικό ηλιακό σύστημα για να σχηματιστούν οι ωκεανοί της Γης.
Επιπλέον, θα εξετάσουν εάν αυτές οι διαδικασίες μπορούν να εφαρμοστούν σε εξωπλανητικά συστήματα. «Μέχρι τότε, ωστόσο, ο Dan και εγώ θα πρέπει να εμπλακούμε σε πολλές έντονες συζητήσεις σχετικά με την υλική σύσταση της Γης και των γειτονικών της πλανητών, διότι ο επιστημονικός διάλογος για τα δομικά στοιχεία της Γης απέχει πολύ από το να θεωρηθεί λήξας, παρά τα νέα ευρήματα», δηλώνει ο Sossi.