Chemická stopa stará 4,5 miliardy let odhalila, že Země a Mars vznikaly odlišnými cestami

Podle tzv. mlhovinové hypotézy (též nebulární hypotézy) vznikla Sluneční soustava asi před 4,5 miliardy let z rozsáhlého disku plynu a prachu obíhajícího kolem mladého Slunce. Stále však není jasné, jak přesně se z tohoto materiálu zformovaly planety.

Vědci dosud zvažovali dvě hlavní možnosti: vznik prostřednictvím srážek větších těles zvaných planetesimály, nebo postupným nabalováním drobných částic na planetesimály.

Nová studie vědců z Kodaňské univerzity přináší důkazy, že skutečnost mohla být složitější. Pomocí nové metody vědci rekonstruovali nejranější fáze vzniku Země a Marsu na základě jejich chemického složení. Výsledky naznačují, že obě cesty mohly fungovat současně, ale u každé planety hrála hlavní roli jiná z nich.

Chemická stopa stará 4,5 miliardy let

Výzkumný tým vedený Haiyangem S. Wangem a Andersem Johansenem z Centra pro vznik hvězd a planet Kodaňské univerzity se zaměřil na konkrétní prvky v zemském a marsovském plášti a kůře. Zvláštní pozornost věnoval těkavým prvkům, jako jsou sodík, zinek a draslík. Ty mají poměrně nízké teploty tání a při vysokých teplotách se odpařují.

Jejich množství může podle vědců odhalit, jakými procesy planeta během svého vzniku prošla. Přestože od formování planet uplynulo přibližně 4,5 miliardy let, chemické složení jejich plášťů podle výzkumníků stále zachovává jakýsi otisk původního procesu.

Vědci proto spojili analýzu těchto prvků s pokročilým statistickým modelováním a vypočítali nejpravděpodobnější scénáře vzniku Země a Marsu.

Země vznikala jinak než Mars

Výsledky ukázaly, že těkavé prvky se z drobných částic ztrácejí během jejich cesty směrem k povrchu vznikající planety. Jejich zastoupení na Zemi a Marsu proto naznačuje odlišnou historii obou planet.

Nejméně 75 procent hmotnosti Země podle modelu pochází ze dvou mladých těles - protoplanet, které postupně narostly díky akreci drobných částic. Planetesimály přispěly nejvýše 25 procenty.

U Marsu byl poměr opačný. Přibližně tři čtvrtiny jeho hmotnosti podle výsledků pocházejí z planetesimál a zbývající čtvrtina z akrece částic. Mars tedy vznikal především srážkami planetesimál, zatímco Země začínala převážně jako dvě protoplanety, které rostly nabalováním menších těles.

Podle vědců je právě rozdílný způsob vzniku obou planet nejpřekvapivějším výsledkem studie. Přestože Země a Mars vznikaly vedle sebe ve stejné Sluneční soustavě, jejich historie formování se podle všeho výrazně lišila.

Obraz s několika otazníky

Autoři upozorňují, že jejich závěry vycházejí ze statistického modelování a obsahují určité nejistoty. Model například předpokládá konkrétní chemické složení akrečního disku mladé Sluneční soustavy, z něhož se planety vytvořily.

Vědci také předpokládali, že planetesimály, z nichž vznikl Mars, měly podobné chemické složení jako asteroid Vesta. Tato domněnka vychází z podobností Marsu se Zemí. Tradičně se rovněž předpokládá, že při akreci drobných částic dochází ke ztrátě těkavých prvků účinněji než při obřích srážkách.

Ani po zohlednění těchto předpokladů se však hlavní výsledek nezměnil. Přesná procenta se mohou poněkud lišit, analýza ale podle autorů konzistentně ukazuje, že Země a Mars vznikaly dvěma odlišnými způsoby.

Použitá metoda má zároveň podle výzkumníků umožnit přesnější a přímější pohled na vznik planet než běžně používaný přístup založený na izotopech, který může být interpretován různými způsoby. 

Lepší pochopení způsobů, jakými vznikají kamenné planety, by podle vědců mohlo pomoci také při hledání obyvatelných exoplanet. Vesmírný dalekohled Nancy Grace Romanové, který do vesmíru zamířil letos na konci srpna, je vybaven přístrojem Wide Field Instrument a jeho zorné pole je nejméně stokrát větší než u Hubbleova vesmírného dalekohledu. A plánovaný vesmírný teleskop Habitable Worlds Observatory (HWO), k jehož nasazení by mohlo dojít během 40. let tohoto století, má nabídnout ještě vyšší rozlišení a lepší citlivost.

Společně s pozemními observatořemi využívajícími velká primární zrcadla a adaptivní optiku by tyto přístroje měly umožnit určovat chemické složení exoplanet. To je důležité pro posouzení, zda mohou podporovat život.

Podle Andersa Johansena může pochopení toho, jak planety během svého vzniku přicházejí o těkavé prvky, zároveň pomoci lépe předpovídat, kolik vody a dalších látek nezbytných pro život si nakonec zachovají.