Учёные выяснили, почему Земля и Марс такие разные, хотя родились рядом
Земля и Марс появились в одном и том же уголке Солнечной системы, из одного «строительного материала». Тем не менее они разительно отличаются: Земля в десять раз массивнее, имеет большое железное ядро и относительно «спокойную» мантию, тогда как Марс — небольшое, быстро сформировавшееся тело с более окисленными породами и маленьким ядром. Откуда взялась эта пропасть? Международная группа астрофизиков из Китая, Швейцарии и Гонконга предложила единое объяснение — и оно куда элегантнее, чем казалось раньше.
Ключ к разгадке — в том, где именно в протопланетном диске каждая из планет набирала своё вещество. Учёные построили компьютерную модель, в которой тысячи мелких тел («планетезималей») плотным кольцом сосредоточены вблизи орбиты на расстоянии около 1 а.е. от Солнца. Внутренняя часть этого кольца богата восстановленным веществом — проще говоря, материалом с меньшим количеством кислорода в составе соединений. К внешнему краю кольца вещество становится всё более «окисленным».
В симуляции Земля собирается из тел вблизи центра кольца — там, где материал беднее кислородом. Марс же формируется у внешнего края, поглощая больше окисленного вещества. Это уже само по себе задаёт разные «стартовые» химические составы двух планет.
Но дело не только в составе строительных блоков. Огромную роль сыграл процесс формирования ядра. Когда в молодую планету врезались крупные тела, возникало колоссальное давление и температура — и расплавленный металл «тонул» к центру, образуя ядро. На Земле столкновения были более масштабными: металл погружался глубже, под высоким давлением активно взаимодействовал с силикатным расплавом и эффективно уносил железо в ядро. В итоге мантия Земли обеднела железом (~8% оксида железа), а само ядро составляет около 32% от массы планеты.
На Марсе картина иная: планета сформировалась быстро — всего за 2–4 миллиона лет после появления первых твёрдых тел в Солнечной системе, тогда как Земля «строилась» 30–150 миллионов лет. Столкновения на Марсе происходили при меньших давлениях, металл не успевал так глубоко и полно взаимодействовать с окружающим расплавом, и значительная часть железа осталась в мантии (~14% оксида железа). Ядро Марса составляет лишь 18–25% от его массы.
Модель, получившая название AccreDiff, впервые совместила два подхода, которые прежде существовали отдельно: динамические расчёты орбит и столкновений — и геохимические расчёты того, как вещество перераспределяется внутри планеты. Результат: одна связная схема, которая одновременно воспроизводит и физические, и химические свойства обеих планет.
Помимо чисто научного интереса, работа открывает и более широкую перспективу: авторы считают, что схожий подход можно применить к каменистым планетам у других звёзд. Наблюдая химический состав экзопланет, в будущем можно будет судить о том, как именно они формировались — у края своего «кольца» или в его центре.
