Terra e Marte se formaram a partir da colisão de grandes corpos feitos de materiais do sistema solar interno

A equipe de pesquisa internacional investigou a composição isotópica de planetas rochosos no sistema solar interno.

terra e Marte Foi formado a partir de uma substância que se originou principalmente no sistema solar interno; Apenas uma pequena porcentagem dos blocos básicos de construção desses dois planetas se originou mais tarde Júpiterórbita. Um grupo de pesquisadores liderado pelo Dr. Universidade de Münster (Alemanha) Estes resultados foram publicados em 22 de dezembro de 2021 na revista progresso da ciência. Eles fornecem a comparação mais abrangente da história da composição isotópica da Terra e de Marte e os materiais de construção originais do sistema solar interno e externo. Parte desse material ainda está presente hoje praticamente inalterado nos meteoritos. Os resultados do estudo têm consequências de longo alcance para a nossa compreensão do processo que formou os planetas Mercúrio, VênusTerra e Marte. A teoria de que os quatro planetas rochosos alcançaram seu tamanho atual acumulando seixos de poeira do sistema solar externo que não foram propelidos pelo tamanho de um milímetro.

Aproximadamente 4,6 bilhões de anos atrás, nos primeiros dias de nosso sistema solar, um disco de poeira e gás orbitava o jovem sol. Duas teorias descrevem como os planetas internos rochosos se formaram ao longo de milhões de anos a partir desse material de construção original. De acordo com a teoria antiga, a poeira no sistema solar interno se aglomerou em pedaços maiores que atingem gradualmente o tamanho aproximado da lua. A colisão desses embriões planetários finalmente resultou nos planetas internos Mercúrio, Vênus, Terra e Marte. No entanto, uma teoria mais recente favorece um processo de crescimento diferente: poeira “cascalho” de tamanho milimétrico que migrou do sistema solar externo em direção ao sol. No caminho, eles foram empilhados sobre os embriões planetários do sistema solar interno e gradualmente os aumentaram até o tamanho atual.

Os quatro planetas terrestres: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte. Crédito: NASA / Moon and Planetary Institute

Ambas as teorias são baseadas em modelos teóricos e simulações de computador destinadas a reconstruir as condições e dinâmicas no início do sistema solar; Ambos descrevem um possível caminho para a formação do planeta. Mas qual está certo? Que processo realmente aconteceu? Para responder a essas perguntas, no presente estudo pesquisadores da Universidade de Münster (Alemanha), do Observatório La Côte d’Azur (França), do Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA), do Museu de História Natural de Berlim (Alemanha) e a Universidade Livre de Berlim (Alemanha) identificou) A composição exata dos planetas rochosos Terra e Marte.

“Queríamos descobrir se os blocos de construção da Terra e de Marte se originaram no sistema solar externo ou interno”, disse o Dr. Christoph Burckhardt, da Universidade de Münster, primeiro autor do estudo. Para este fim, isótopos de metais raros como titânio, zircônio e molibdênio encontrados em vestígios minúsculos nas camadas externas ricas em silicato de ambos os planetas fornecem pistas importantes. Os isótopos são diferentes tipos do mesmo elemento, que diferem apenas no peso de seus núcleos atômicos.

Meteoritos para referência

Os cientistas presumem que no início do sistema solar esses e outros isótopos metálicos não eram uniformemente distribuídos. Em vez disso, sua abundância dependia da distância do sol. Portanto, eles contêm informações valiosas sobre a origem dos blocos de construção de um determinado corpo no início do sistema solar.

Como referência para o inventário isotópico original do sistema solar externo e interno, os pesquisadores usaram dois tipos de meteoritos. Esses pedaços de rocha geralmente chegavam à Terra vindos do cinturão de asteróides, a área entre as órbitas de Marte e Júpiter. Eles são amplamente considerados materiais originais desde o início do sistema solar. Enquanto os chamados condritos carbonáceos, que podem conter tão pouco quanto carbono, se originaram fora da órbita de Júpiter e mais tarde se moveram para o cinturão de asteróides devido à influência de gigantes gasosos em crescimento, seus primos mais pobres em carbono, os condritos não carbonatados, são filhos reais do sistema solário interno.

O meteorito marciano, elefante moraine (EETA) 79001. Os cientistas examinaram estes e outros meteoritos marcianos no estudo. crédito NASA / JSC

A composição isotópica exata das camadas de rocha acessíveis mais externas da Terra e as dos dois tipos de meteoritos foram estudadas há algum tempo; No entanto, não houve análises relativamente abrangentes das rochas marcianas. Em seu estudo atual, os pesquisadores agora examinaram amostras de um total de 17 meteoritos marcianos, que podem ser atribuídos a seis tipos típicos de rocha marciana. Além disso, os cientistas investigaram pela primeira vez a abundância de três isótopos metálicos diferentes.

Amostras de meteoritos marcianos foram primeiro escaneadas e submetidas a um complexo tratamento químico. Usando o montador múltiplo plasma Com a espectrometria de massa do Instituto de Ciência Planetária da Universidade de Münster, os pesquisadores foram então capazes de detectar vestígios de isótopos de titânio, zircônio e molibdênio. Eles então executaram simulações de computador para calcular a proporção em que os materiais de construção encontrados hoje devem ser combinados em condritos carbonáticos e não carbônicos na Terra e em Marte, a fim de reproduzir as estruturas medidas. Ao fazer isso, eles consideraram dois estágios diferentes de acumulação para explicar a história diferente dos isótopos de titânio e zircônio, bem como dos isótopos de molibdênio, respectivamente. Ao contrário do titânio e do zircônio, o molibdênio se acumula principalmente no núcleo metálico do planeta. Os traços que ainda estão presentes hoje nas camadas externas ricas em silicato só podem ser adicionados durante o último estágio de crescimento do planeta.

As descobertas dos pesquisadores mostram que as camadas rochosas externas da Terra e de Marte têm pouco em comum com os condritos carbonáceos do Sistema Solar externo. Eles representam apenas cerca de quatro por cento dos blocos de construção originais de ambos os planetas. O professor Thorsten Klein da Universidade de Münster, que também é diretor do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar em Göttingen, afirma: “Portanto, não podemos confirmar essa teoria da formação de planetas internos”, acrescenta.

Falta de materiais de construção

Mas a composição da Terra e de Marte também não corresponde à dos condritos não carbonáceos. Simulações de computador indicam que um tipo diferente de material de construção também deve estar em operação. “A composição isotópica desse terceiro tipo de material de construção, conforme deduzida por nossas simulações de computador, indica que ele deve ter se originado na região mais interna do Sistema Solar”, explica Christoph Burckhardt. Visto que objetos próximos ao Sol nunca foram espalhados no cinturão de asteróides, este material foi quase completamente absorvido pelos planetas internos e, portanto, não ocorre em meteoritos. “Eles são, por assim dizer, ‘materiais de construção em falta’ aos quais não temos mais acesso direto hoje”, diz Thorsten Kleine.

A descoberta repentina não muda os resultados do estudo da teoria da formação de planetas. Christoph Burckhardt conclui que “o fato de que a Terra e Marte parecem conter principalmente material do sistema solar interno é bem adequado para a formação de planetas a partir de colisões de grandes corpos no sistema solar interno.”

Referência: “A formação de planetas terrestres a partir dos materiais perdidos do sistema solar interior” por Christoph Burckhardt, Fridolin Spitzer, Alessandro Morbidelli, Gerrit Bodd, Jan H. Rinder, Thomas S. Kroyer e Thorsten Klein, 22 de dezembro de 2021 Disponível aqui progresso da ciência.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj7601