NASA находит новый способ, как Земля могла получить элементы, необходимые для жизни - Научные исследования NASA

Ученые, поддерживаемые NASA, предоставили новую информацию о том, как ранняя Земля могла получить некоторые элементы, необходимые для того, чтобы планета стала обитаемой. Они также предполагают новую роль Юпитера в распределении этих элементов по молодому солнечной системе. Исследование, опубликованное сегодня в Science Advances, рассматривает эту историю, изучая соотношение фосфора к азоту в железных метеоритах и в более молодых объектах, известных как хондриты.

Наш солнечная система сформировалась из газа и пыли, которые вращались вокруг протосолнца более 4,5 миллиарда лет назад. Этот газ содержал сырьевые материалы, необходимые для формирования планет, лун и, в конечном итоге, жизни, как мы ее знаем. Два элемента, имеющих особое значение для жизни, это азот и фосфор.

На самых ранних стадиях солнечной системы газ и пыль сливались в тела, известные как планетезимали. Когда эти объекты вращались вокруг молодого Солнца в этой хаотичной среде, планетезимали сталкивались, оставляя разбитые остатки по всей системе. В конечном итоге многие из этих кусочков были включены в планеты и луны. Другие кусочки сохранились до наших дней в виде астероидов, которые все еще вращаются вокруг Солнца, и — если они ударили Землю и были собраны — в виде метеоритов. Эти метеориты предоставляют окно в раннюю солнечную систему в то время, когда Земля еще не существовала. Хондриты и железные метеориты — это два разных класса этих метеоритов.

Как следует из их названия, железные метеориты — это плотные металлические объекты, в основном состоящие из сплава железа и никеля. Хондриты, с другой стороны, являются каменными объектами и отвечают за большинство метеоритов, найденных на Земле.

Каждый тип метеорита происходит от планетезималей, которые сформировались в разное время в нашей системе. Самое старое поколение планетезималей является источником железных метеоритов. Хондриты произошли от второго поколения планетезималей, которые образовались на 2-3 миллиона лет позже.

Понимание того, как была создана Земля и когда она сформировалась, важно для астробиологов, которые изучают, как и когда наша планета стала обитаемой для жизни, как мы ее знаем. Молодой Земле необходимо было иметь запас жизненно важных ингредиентов, включая азот и фосфор, для формирования первых живых клеток.

Существует дебаты между учеными о том, откуда пришли запасы жизненно важных элементов Земли. Некоторые доказательства указывают на хондриты во внешней солнечной системе, которые перемещались внутрь, чтобы достичь Земли в конце процесса формирования нашей планеты. Однако новое исследование рассказывает другую историю.

Используя лабораторные эксперименты и геохимические модели, команда восстановила карту соотношений фосфора-азота (P/N) по ранней солнечной системе и обнаружила различия между первым (железные метеориты) и вторым (хондриты) поколениями планетезималей.

Эксперименты и последующее геохимическое моделирование показали, что первое поколение имело более высокое соотношение P/N во внешней солнечной системе, при этом это соотношение уменьшалось по направлению к внутренней солнечной системе. Эта тенденция была обратной во втором поколении планетезималей, с более высокими соотношениями P/N во внутренней солнечной системе.

Считается, что во время формирования первого поколения планетезималей происходил наружный поток материала, который повышал соотношение P/N во внешней солнечной системе. Затем появился Юпитер.

По мере того как Юпитер формировался и рос до огромного размера (и гравитационного влияния), планета ограничивала движение фосфора и азота из внутренней солнечной системы во внешнюю. Это означало, что когда появилось второе поколение планетезималей, те, что находились во внутренней солнечной системе, остались с более высоким соотношением P/N, чем их «собратья» дальше.

"Для нашей собственной солнечной системы присутствие и история роста Юпитера, действительно, кажется, сыграли критическую роль в определении распределения основных химических ингредиентов, необходимых для обитаемых миров", — сказал Радждип Дасгупта из Университета Райса в Хьюстоне и старший автор исследования. "Остается открытым вопросом, может ли быть установлен бюджет жизненно важных элементов, аналогичный земному, без планеты, подобной Юпитеру, в популяции."

Геохимическое моделирование аккреции дополнительно показывает, что современный P/N сигнал Земли лучше всего воспроизводится планетезималями внутренней солнечной системы, либо связанными с железными метеоритами, либо связанными с хондритами.

"Исследование предполагает, что Земля приобрела свой запас жизненно важных элементов фосфора и азота в основном из внутренней солнечной системы, не требуя значительного вклада от хондритов внешней солнечной системы", — сказал ведущий автор исследования Дебджит Патак, аспирант Университета Райса.