Αν και νομίζουμε ότι η Γη έχει μελετηθεί σε λεπτομέρεια, ορισμένα θεμελιώδη ερωτήματα μένουν ακόμα αναπάντητα. Ένα από αυτά αφορά τον σχηματισμό του πλανήτη μας, για τις απαρχές του οποίου οι ερευνητές είναι ακόμη αβέβαιοι. Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το ETH Zurich και το National Center of Competence in Research PlanetS προτείνει τώρα μια νέα απάντηση σε αυτό το ερώτημα με βάση εργαστηριακά πειράματα και προσομοιώσεις υπολογιστή. Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Astronomy.
«Η επικρατούσα θεωρία στην αστροφυσική και την κοσμοχημεία είναι ότι η Γη σχηματίστηκε από χονδριτικούς αστεροειδείς. Αυτά είναι σχετικά μικρά, απλά κομμάτια βράχου και μετάλλου που σχηματίστηκαν νωρίς στο ηλιακό σύστημα, τα οποία συγχωνεύθηκαν σχηματίζοντας προοδευτικά έναν όλο και μεγαλύτερο πλανήτη», εξηγεί ο βασικός συγγραφέας της μελέτης, Paolo Sossi, καθηγητής Πειραματικής Πλανητολογίας στο ETH Ζυρίχης. «Το πρόβλημα με αυτή τη θεωρία είναι ότι κανένα μείγμα αυτών των χονδριτών δεν μπορεί να εξηγήσει την ακριβή σύνθεση της Γης, η οποία είναι πολύ φτωχότερη σε ελαφρά, πτητικά στοιχεία όπως το υδρογόνο και το ήλιο από ό,τι θα περιμέναμε».
Διάφορες υποθέσεις έχουν διατυπωθεί όλα αυτά τα χρόνια για να εξηγήσουν αυτή την ασυμφωνία. Για παράδειγμα, υποτέθηκε ότι οι συγκρούσεις των αστεροειδών που αργότερα σχημάτισαν τη Γη παρήγαγαν τεράστιες ποσότητες θερμότητας η οποία εξάτμισε τα ελαφρά στοιχεία, αφήνοντας τον πλανήτη με την τρέχουσα σύνθεσή του. Ωστόσο, ο Sossi είναι πεπεισμένος ότι αυτές οι θεωρίες καθίστανται αβάσιμες μόλις μετρηθεί η ισοτοπική σύνθεση των διαφόρων στοιχείων της Γης: «Τα ισότοπα ενός χημικού στοιχείου έχουν όλα τον ίδιο αριθμό πρωτονίων αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων. Τα ισότοπα με λιγότερα νετρόνια είναι ελαφρύτερα και συνεπώς ευκολότερο να εξατμισθούν και να διαφύγουν. Αν η θεωρία της εξάτμισης λόγω της θέρμανσης ήταν σωστή, θα βρίσκαμε λιγότερα από αυτά τα ισότοπα ελαφρών στοιχείων στη Γη σήμερα από ό,τι στους αρχικούς χονδρίτες». Αυτό όμως δεν φαίνεται να ισχύει, μετά από την ανάλυση χιλιάδων μετεωριτών που έχουν συλλεχθεί από όλο τον πλανήτη.
Η ομάδα του Sossi λοιπόν αναζήτησε άλλη λύση. «Δυναμικά μοντέλα με τα οποία προσομοιώνουμε το σχηματισμό πλανητών δείχνουν ότι οι πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκαν προοδευτικά. Οι μικροί αρχικοί βράχοι αυξήθηκαν με την πάροδο του χρόνου σε πλανητοειδείς μεγέθους μερικών χιλιομέτρων συσσωρεύοντας όλο και περισσότερο υλικό μέσω της βαρυτικής τους έλξης», εξηγεί ο Sossi. Παρόμοια με τους χονδρίτες, οι πλανητοειδής είναι επίσης μικρά σώματα από βράχο και μέταλλο και έως το σημείο αυτό η θεωρία δεν διαφέρει από την προηγούμενη εξήγηση σχηματισμού των πλανητών. Αλλά σε αντίθεση με τους χονδρίτες, οι πλανητοειδείς έχουν μεγαλώσει και έχουν θερμανθεί αρκετά ώστε λόγω της βαρύτητάς τους να διαφοροποιηθούν σε μικρούς πλανήτες με μεταλλικό πυρήνα και βραχώδη μανδύα. «Επιπλέον, οι πλανητοειδείς που σχηματίστηκαν σε διαφορετικές περιοχές γύρω από τον νεαρό ήλιο ή σε διαφορετικές χρονικές στιγμές έχουν πολύ διαφορετικές χημικές συνθέσεις», προσθέτει ο Sossi.
Το ερώτημα τώρα είναι αν ο τυχαίος συνδυασμός διαφορετικών μικρών πλανητών οδηγεί πράγματι σε μια σύνθεση που ταιριάζει με αυτή της Γης. Για να το ανακαλύψει, η ομάδα έτρεξε προσομοιώσεις στις οποίες χιλιάδες πλανητοειδείς συγκρούστηκαν μεταξύ τους στο πρώιμο ηλιακό σύστημα. Τα μοντέλα σχεδιάστηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε, με την πάροδο του χρόνου, αναπαράχθηκαν ουράνια σώματα που αντιστοιχούν στους τέσσερις βραχώδεις πλανήτες Ερμή, Αφροδίτη, Γη και Άρη. Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι ένα μείγμα πολλών διαφορετικών πλανητών θα μπορούσε πράγματι να οδηγήσει στην σημερινή σύνθεση της Γης. Επιπλέον, αυτή η σύνθεση της Γης είναι και το πιο πιθανό στατιστικά αποτέλεσμα αυτών των προσομοιώσεων. Η Γη λοιπόν, όπως και οι υπόλοιποι σημερινοί βραχώδεις πλανήτες, είναι ουσιαστικά σώματα δεύτερης γενιάς, αποτέλεσμα συγχώνευσης προηγούμενων πλανητών και όχι συνεχούς συσσώρευσης βράχων. Σύμφωνα με μια θεωρία άλλωστε, η απόπειρα συγχώνευσης ενός πλανήτη πρώιμου της Γης με έναν πλανήτη στο μέγεθος του Άρη, οδήγησε στην δημιουργία του συστήματος Γης - Σελήνης με την ιδιαίτερη επίσης σύστασή της.
«Αν και το είχαμε υποψιαστεί, βρήκαμε αυτό το αποτέλεσμα πολύ αξιοσημείωτο», συμπληρώνει ο Sossi. «Τώρα όχι μόνο έχουμε έναν μηχανισμό που εξηγεί καλύτερα τον σχηματισμό της Γης, αλλά έχουμε επίσης μια αναφορά για να εξηγήσουμε τον σχηματισμό και των άλλων βραχωδών πλανητών». Ο μηχανισμός θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για να προβλέψει πώς η σύνθεση του Ερμή διαφέρει από αυτή των άλλων βραχωδών πλανητών. Ή από τι θα μπορούσαν να αποτελούνται βραχώδεις εξωπλανήτες άλλων αστεριών. «Η μελέτη μας δείχνει πόσο σημαντικό είναι να λαμβάνουμε υπόψη τόσο τη δυναμική όσο και τη χημεία όταν προσπαθούμε να κατανοήσουμε τον πλανητικό σχηματισμό. Ελπίζω ότι τα ευρήματά μας θα οδηγήσουν σε στενότερη συνεργασία μεταξύ των ερευνητών σε αυτούς τους δύο τομείς».
ΕΙΚΟΝΑ: Καλλιτεχνική απόδοση των δύο θεωριών σχηματισμού της Γης. Αριστερά από χονδρίτες αστεροειδείς και δεξιά από ένα μίγμα μικρών προγενέστερων πλανητών και μεγάλων βραχωδών σωμάτων. Credit: ETH Zurich.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ: Παρά τις έντονες ανωμαλίες του, το μαγνητικό πεδίο της Γης δεν φαίνεται να οδεύει σε αναστροφή!
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου