I overensstemmelse med den nebulære hypotese menes det, at solsystemet er dannet gennem akkretionsprocessen. I det væsentlige begyndte dette, da en massiv sky af støv og gas (også kendt som solens tåge) oplevede et gravitationskollaps i sit centrum og fødte Solen. Det resterende støv og gas dannedes derefter til en protoplanetær skive omkring solen, der gradvist sammenkolderede for at danne planeterne.
Meget om processen med, hvordan planeter udviklede sig til at blive adskilt i deres sammensætninger, har dog forblevet et mysterium. Heldigvis har en ny undersøgelse fra et team af forskere fra University of Bristol nærmet emnet med et nyt perspektiv. Ved at undersøge en kombination af jordprøver og meteoritter har de kastet nyt lys over, hvordan planeter som Jorden og Mars dannede og udviklede sig.
Undersøgelsen med titlen "Magnesiumisotop bevis for, at akkretional dampdamp formes planetariske sammensætninger", for nylig optrådte i det videnskabelige tidsskrift Natur. Under ledelse af Remco C. Hin, en senior forskningsmedarbejder fra School of Earth Sciences ved University of Bristol, sammenlignede holdet prøver af sten fra Jorden, Mars og Asteroid Vesta for at sammenligne niveauerne af magnesiumisotoper inden i dem.
Deres undersøgelse forsøgte at besvare det, der har været et vedvarende spørgsmål i det videnskabelige samfund - dvs. dannede planeterne, som de er i dag, eller erhvervede de deres karakteristiske kompositioner over tid? Som Dr. Remco Hin forklarede i en pressemeddelelse fra University of Bristol:
”Vi har givet bevis for, at en sådan rækkefølge af begivenheder forekom i dannelsen af Jorden og Mars ved hjælp af høj præcisionsmålinger af deres magnesiumisotopkompositioner. Forholdet mellem magnesiumisotop ændrer sig som et resultat af tab af silikatdamp, der fortrinsvis indeholder de lettere isotoper. På denne måde estimerede vi, at mere end 40 procent af jordens masse blev tabt under dens konstruktion. Dette cowboy-byggerjob, som en af mine medforfattere beskrev det, var også ansvarlig for at skabe Jordens unikke sammensætning.”
For at nedbryde det består akkretion af klumper af materiale, der kolliderer med tilstødende klumper for at danne større genstande. Denne proces er meget kaotisk, og materiale går ofte tabt såvel som akkumuleret på grund af den ekstreme varme, der genereres af disse højhastighedskollisioner. Det menes også, at denne varme har skabt magmahav på planeterne, da de dannede sig, for ikke at nævne midlertidige atmosfærer af fordampet klippe.
Indtil planeterne er næsten lige så store som Mars, var deres tyngdekraftsattraktionskraft for svag til at holde fast i disse atmosfærer. Og efterhånden som flere kollisioner fandt sted, ville sammensætningen af disse atmosfærer og planeterne i sig selv ændre sig væsentligt. Hvor nøjagtigt de jordiske planeter - Merkur, Venus, Jorden og Mars - opnåede deres nuværende, flygtige og dårlige kompositioner over tid, er det, som forskerne håbede at adressere.
For eksempel mener nogle, at planets nuværende sammensætninger er resultatet af særlige kombinationer af gas og støv i de tidligste perioder med dannelse af planeten - hvor jordbundne planeter er silikat / metalrige, men flygtige fattige, på grund af hvilke elementer der var mest rigelige tættest på solen. Andre har antydet, at deres nuværende sammensætning er en konsekvens af deres voldelige vækst og kollisioner med andre organer.
For at belyse dette analyserede Dr. Hin og hans medarbejdere prøver af Jorden sammen med meteoritter fra Mars og asteroiden Vesta ved hjælp af en ny analytisk tilgang. Denne teknik er i stand til at opnå mere nøjagtige målinger af magnesiumisotoprationer end nogen tidligere metode. Denne metode viste også, at alle differentierede organer - som Jorden, Mars og Vesta - har isotopisk tungere magnesiumsammensætninger end chondritiske meteoritter.
Herfra kunne de drage tre konklusioner. For det første fandt de, at Jorden, Mars og Vesta har tydelige magnesiumisotoprationer, som ikke kunne forklares ved kondensation fra solnebula. For det andet bemærkede de, at undersøgelsen af tunge magnesiumisotoper afslørede, at planeterne i alle tilfælde mistede omkring 40% procent af deres masse i deres dannelsesperiode efter gentagne episoder med fordampning.
Til sidst bestemte de, at akkretionsprocessen resulterer i andre kemiske ændringer, der genererer de unikke kemiske egenskaber på Jorden. Kort sagt, deres undersøgelse viste, at Jorden, Mars og Vesta alle oplever betydelige tab af materiale efter dannelse, hvilket betyder, at deres særegne sammensætning sandsynligvis var resultatet af kollisioner over tid. Som Dr. Hin tilføjede:
”Vores arbejde ændrer vores syn på, hvordan planeter opnår deres fysiske og kemiske egenskaber. Mens det tidligere blev kendt, at bygning af planeter er en voldelig proces, og at sammensætningerne af planeter som Jorden er forskellige, var det ikke klart, at disse træk var forbundet. Vi viser nu, at damptab under de høje energikollisioner af planetarisk akkretion har en dyb virkning på en planetes sammensætning. ”
Deres undersøgelse viste også, at denne voldelige dannelsesproces kunne være karakteristisk for planeter generelt. Disse fund er ikke kun signifikante, når det kommer til dannelsen af solsystemet, men også ekstrasolplaneter. Når det er tid til at udforske fjerne stjernesystemer, vil de markante sammensætninger af deres planeter fortælle os meget om de forhold, som de dannede sig fra, og hvordan de kom til at være.
