_ Что-то остановило рост Марса ещё в первые миллионы лет существования Солнечной системы, считает группа американских учёных. А их коллеги предлагают два новых объяснения тому, как зарождающийся Марс оказался лишён "строительных блоков", заполнявших протопланетный диск.

Венера и Земля явно превосходят Марс по размерам
( иллюстрация НАСА )

_ Масса Красной планеты составляет всего 11%, а размер - 53% от параметров Земли. В то же время компьютерное моделирование ранней солнечной туманности показало, что Марс имел тенденцию к росту до размеров Венеры или даже Земли.
В этих моделях планетезимали с километровым диаметром слипались в тела размером с Луну или нынешний Марс, после чего продолжали расти, пока Марс не становился похожим на Землю.
Очевидно, в этих моделях формирования планет что-то отсутствовало.

Автор исследования, Ali Pourmand из Университета Чикаго заявляет: «Мы думали, что в Солнечной системе нет "эмбрионов" планет, доступных для исследования, но, когда мы изучаем Марс, мы на самом деле смотрим на "зародыш", который мог стать похожей на Землю планетой».

Настоящий Марс перестал расти, достигнув "эмбриональной" стадии, полагают Николя Дофа из Чикагского университета и Али Пурман из Университета Майами. К своему выводу они пришли, заново оценив время, уходящее на формирование "полноценной" планеты.

Следы на поверхности Марса от падения на него крупных космических тел

_ Многие исследователи судили о том, как долго собирался Марс, по превращению радиоактивного гафния-182 в вольфрам-182. Но гафний- вольфрамовое датирование не должно ограничиваться измерением соответст-вующих изотопов в метеоритах, прилетавших с Марса. Необходимо учитывать относительную доля гафния и вольфрама в марсианской мантии. Метеориты, разумеется, выбивались из марсианской коры, а в ней соотношение гафния и вольфрама не соответствует мантийному. Поэтому оценки времени формирования Марса сильно разнились.

Для уменьшения неопределённости Дофа и Пурман изучили немарсианские метеориты в поисках других, неизменных зависимостей. Таковым стало отношение изотопа гафния-176 к гафнию-177, а также вольфрама-182 и гафния-182.
Период полураспада гафния-182 в вольфрам-182 составляет 9 миллионов лет. Это означает, что практически весь гафний должен был исчезнуть за 50 миллионов лет. Таким образом, измеряя соотношение этих изотопов, можно получить шкалу возраста той или иной породы.

Планетезималь - зародыш будущей планеты

_ Измерив содержание этих изотопов в марсианских метеоритах, исследователи пришли к выводу, что на формирование у Марса ушло всего 2–4 млн лет, тогда как Земле понадобились десятки миллионов.
Ранее считалось, что Марс сформировался примерно за 15 млн лет.
Таким образом, по сути, Марс можно считать эмбрионом планеты, который в силу ряда обстоятельств остановился на пол пути ещё в начале своего развития.

Для вычисления соотношения гафния и вольфрама ученые поделили соотношение тория и вольфрама в составе марсианских метеоритов на соотношение тория и гафния в составе хондритов. Авторы исследования поясняют, что торий был выбран потому, что вольфрам и торий демонстрируют сходные химические свойства. Так как гафний и торий являются элементами-"литофилами"( элементы, которые сохраняются в мантии планеты при ее формировании ), то их доли в мантии соответствует этому показателю для всей планеты.

_ Для сравнения, Земля набрала 60% своей массы за промежуток 10 - 40 млн лет от момента появления планетного "зародыша", а далее замедлила рост но продолжала увеличивать массу еще около 60 млн лет..

 

_ Почему же это произошло? Два исследования, представленные в марте на Лунной и планетарной научной конференции в Хьюстоне ( США ), предполагают, что лучшее объяснение — это отсутствие строительного материала. Компьютерное моделирование, которое выполнили Дэвид Минтон и Гарольд Левинсон из
Юго-Западного исследовательского института, показало, что сначала Марс рос довольно быстро при столкновениях с километровыми планетезималями, когда находился ближе к Солнцу.

В то же время триллионы сближений с планетезималями, которые не падали на Марс, но всё же оказывали на него бесконечно малое гравитационное воздействие, оттолкнули планету от светила. Когда зародыш достиг современной орбиты Марса, его аккреция замедлилась, ибо другие протопланеты, находившиеся ближе к звезде, оттянули одеяло на себя.

Другая группа под руководством Кевина Уолша из того же Юго-Западного института показала, что причиной аккреционного "голода" стал Юпитер. В её модели газ, окружавший юное Солнце, вынудил Юпитер сместиться ближе к светилу. По-видимому, то же самое произошло с газовыми гигантами некоторых других сравнительно хорошо изученных экзопланетных систем. Двигаясь к Солнцу, Юпитер расчистил огромный коридор, в который попал Марс после того, как Сатурн в гравитационном смысле "прицепился" к Юпитеру, и оба снова начали уходить прочь от Солнца.

Таким образом, набрать вес Марсу мешали другие планеты - Венера, Земля и Юпитер, причем Юпитер, ввиду своей огромной массы и скорости формирования, оказал решающее влияние на эволюцию Марса. Юпитер в первые миллионы лет формирования нашей планетной системы видимо неоднократно менял свою орбиту,
что в итоге и увело строительный материал к орбите Земли и в пояс астероидов. При этом орбита Юпитера, вероятно, дважды менялась в достаточно широком диапазоне от 3,7 до 5,2 астрономических единиц.

Выполненное г-ном Уолшем и его коллегами моделирование показало, что Юпитер сначала опустошил почти весь пояс астероидов, а затем снова «заселил» его. Причём область, из которой приходят тела внутренней части пояса, находится в 1–3 а. е. от Солнца, а объекты, попадающие во внешнюю его часть, рождаются между планетами-гигантами или даже за их орбитами. Это прекрасно соответствует наблюдениям, результаты которых говорят о том, что астероиды в разных частях пояса существенно различаются по своему составу.

Как и предсказывал Брэд Хансен, соотношение масс Земли и Марса, образующихся в такой модели из разделенного и усеченного перемещениями Юпитера диска планетезималей, близко к реальному.
Когда же орбиты планет стабилизировались, то Марс - оказался не удел, зато Земля получила необходимую массу для своего ядра, образовалась Луна, и в ходе дальнейшей эволюции возникла жизнь.

«Это может показаться странным, — говорит г-н Минтон, — но в ранней Солнечной системе планеты действительно могли двигаться подобным образом, заметно меняя параметры своих орбит».

_ Новый анализ образцов лунного грунта, доставленных на Землю в ходе программы «Аполлон» в 1972 году, показал, что юная Луна, вопреки распространенному мнению, была такой же влажной, как мантия нашей родной планеты.

Изучение лунных вулканических кристаллов, результаты которого были опубликованы в 2008 году, показало концентрацию воды в образцах в количестве 750 частей на миллион. На этот раз концентрация составила
1 200 частей на миллион.

Площадка высадки Аполлона 17 с высоты 50 км ( ширина кадра - около 500м ).

Ученые исследовали образец породы, доставленный на Землю в ходе миссии "Аполлон-17". Они обнаружили во фрагменте лунного грунта включения магмы, "запечатанные" в твердой кристаллической оболочке. Изучив при помощи специальной ионной микропробы семь таких включений, размер самого большого из которых составлял около 30 микрометров ( один микрометр - это 10^-6 метра ), специалисты выяснили, что они содержат значительные количества воды.

В среднем, содержание H₂O во включениях колебалось в пределах от 615 до 1410 частей на миллион частей. Это приблизительно в 100 раз больше обычных показателей для лунной магмы. Приблизительно столько же воды содержится в верхних слоях земной мантии.

 

Исследователи из Университета Брауна обнаружили сверхкрошечные расплавные включения в образцах лунного грунта. ( Фото Thomas Weinreich, Department of Geological Sciences, Brown University. )

 

_ Учёных интересовали маленькие кусочки древней магмы, запечатанные внутри твёрдых кристаллов. Эти так называемые расплавные включения не больше ширины человеческого волоса. Их по счастливой случайности нашёл первокурсник Университета Брауна ( США ), которому преподаватель поручил поискать что-нибудь необычное в образцах.

Профессор Альберто Сал был поражён. «Я ему даже не рассказывал о расплавных включениях, — признаётся исследователь. — Мне и в голову не приходило, что они там могут быть».

Анализ семи крошечных стеклоподобных гранул преподнёс новый сюрприз. Считалось, что материал, из которого сформировалась Луна, возник в результате столкновения молодой Земли с телом размером с Марс. Компьютерное моделирование этого события показало, что вода не могла пережить подобный опыт, однако новые данные свидетельствуют об обратном.

«Это накладывает серьёзные ограничения на гипотезу о столкновении», — подчёркивает г-н Сал.
То ли удар был не столь мощным, как предполагалось, то ли молекулы воды смогли сконденсироваться
уже после этого катаклизма.

Поставлена также под сомнение оценка количества воды на Луне, сделанная после того, как аппарат НАСА LCROSS в 2009 году врезался в один из постоянно затенённых кратеров. Пыль, поднятая им, была проанализирована, и учёные пришли к выводу, что кратер содержит около 3,7 млрд. литров воды. Эрик Хаури из Института Карнеги отмечает, что если анализ образцов грунта верен и его результаты можно экстраполировать на всю Луну, то там должно быть гораздо больше воды.

«Даже если только 1% этой воды вышел в результате вулканического извержения и остался на поверхности,
под ней во много миллионов раз больше воды, чем в этом кратере», — считает исследователь.
И если это действительно так, то гипотеза, объясняющая наличие воды на Луне столкновениями с астероидами и кометами, неверна.


Новые данные не укладываются в гипотезу происхождения Луны из земной породы в результате столкновения нашей планеты с другим небесным телом размером с Марс. До сих пор считалось, что в результате этой встречи поверхность будущей Луны очень сильно разогрелась, и большая часть воды в ней просто испарилась.

Высокое содержание воды в лунном грунте можно объяснить, например, если предположить, что температура во время космической аварии была намного выше, чем полагают ученые. В этом случае часть земной породы должна была также перейти в газообразное состояние и сформировать некое подобие атмосферы, которая бы препятствовала испарению воды. Однако это предположение нуждается в дополнительной проверке.

Прояснить данный вопрос могли бы образцы лунного льда, так как его геохимический состав и распределение изотопов должны быть совершенно разными в зависимости от происхождения.

На поверхность юной Луны падало большое число комет и астероидов,
которые могли заметно повлиять и на её внутренний состав.