Тейя могла создать условия для зарождения жизни на Земле
Солнечная система — весьма оживленное место, где все пребывает в движении. 4,5 миллиарда лет назад здесь царил ещё больший хаос: планеты только формировались, а планетезимали и планетарные зародыши носились вокруг, сталкиваясь друг с другом. И в этом хаосе Земле почему-то досталось больше углистых хондритов, а вместе с ними — аминокислот и других веществ, необходимых для жизни.
Космохимические исследования показали, что от 5% до 10% массы Земли составляют углистые хондриты, врезавшиеся в молодую планету. Предполагается, что значительная часть этого материала попала сюда с падением Тейи — гипотетического объекта, столкновение с которым привело к образованию Луны.
Чтобы проверить эту гипотезу более тщательно, группа исследователей провела динамическое моделирование формирования Солнечной системы, результаты чего подготовлены в статье для Icarus.
Один из ключевых моментов космохимии — это разница между углистыми хондритами (CC) и неуглистыми метеоритами (NC). По сути, это разделение указывает на существование двух отдельных резервуаров материи в Солнечной системе. Углистые хондриты сформировались дальше от Солнца, вероятно, за орбитой Юпитера, и богаты летучими веществами вроде воды и органики. Неуглистые метеориты, к которым относятся, например, железные метеориты, содержат меньше летучих соединений.
В симуляциях космохимики изучили, как формировались планеты земной группы. Моделирование затронуло поздние этапы планетарного роста – после рассеивания газового диска Солнечной системы. Доступную твердую массу разделили на планетезимали и планетарные зародыши. В симуляцию включили углистые хондриты, которые рассеивались внутрь системы по мере роста Юпитера и Сатурна. Из-за разницы в размерах между планетезималями и зародышами, последние имели больше шансов взаимодействовать с планетами земной группы и доставлять CC-материал.
Исследователи провели три типа симуляций.
- Только мелкие объекты: исключительно с мелкими CC-объектами – планетезималями.
- Только крупные объекты: исключительно с крупными CC-объектами – планетарными зародышами.
- Смешанный сценарий включал и планетезимали, и зародыши.
Для части симуляций (по 10 из каждого сценария) учли также эффект динамической нестабильности гигантских планет, известный в астрономии как «модель Ниццы», описывающий, как газовые гиганты меняли свои орбиты после формирования.
В двух словах, задача изысканий состояла лишь в том, чтобы понять, как Земля получила больше углистых хондритов, чем другие каменистые планеты, особенно Марс, и выяснить роль Тейи в этой «несправедливости».
Один из четких результатов — влияние нестабильности гигантских планет, особенно смещения орбиты Юпитера, на аккрецию CC-материала Землей.
Когда в симуляцию добавили динамическую нестабильность, картина стала еще интереснее.
«Нестабильность гигантских планет резко изменила эволюцию системы, вызвав сильный всплеск эксцентриситета, что привело к волне столкновений и выбросов», — сообщают авторы.
Однако конечное состояние системы не сильно изменилось.
Важная часть моделирования касается Тейи. Предыдущие исследования предполагают, что Тейя могла быть углистым объектом. Если это так, то значительная часть обитаемости Земли могла быть следствием этого столкновения.
«В смешанном сценарии без нестабильности гигантских планет последний крупный ударник Земли включал CC-компонент более чем в половине симуляций. В 38,5% случаев последний ударник был чистым CC-зародышем, а в 13,5% — NC-зародышем, который ранее поглотил CC-зародыш», – написано в статье.
В целом, симуляции рисуют картину ранней Солнечной системы с двумя отдельными кольцами планетезималей:
- внутреннее кольцо — каменистые планетезимали,
- внешнее кольцо — углистые хондриты.
Позже, когда ледяные гиганты мигрировали внутрь системы, они вытеснили CC-материал во внутреннюю часть Солнечной системы. Часть его оказалась в поясе астероидов, а более массивные объекты в основном попали на орбиты каменистых планет, и поэтому на позднем этапе их формирования большой вклад внесли многочисленные масштабные столкновения.
Такой сценарий объясняет несколько особенностей Солнечной системы:
- массы и орбиты планет земной группы,
- распределение астероидов,
- разницу в содержании CC-материала на Земле и Марсе.
Исследование подтвердило, что Тейя могла быть последним крупным ударником Земли и содержала значительное количество углистых хондритов. Этот результат согласуется с общепринятыми научными представлениями. Работа показывает, что последнее столкновение произошло через 5–150 миллионов лет после рассеивания газа, с особенно высокой вероятностью – через 20–70 миллионов лет.
«В рамках этого сценария последний гигантский ударник Земли содержал CC-компонент примерно в половине смешанных симуляций. В большинстве этих случаев (38%) Тейя была чистым CC-зародышем, а в остальных — NC-зародышем, ранее поглотившим CC-зародыш», — полагают авторы.
Важную роль в архитектуре Солнечной системы сыграл Юпитер. Он не только ограничил пояс астероидов, но и определил конечный состав планет земной группы, рассеивая CC-материал из внешней части системы в сторону каменистых планет, особенно Земли.
Миллион факторов должен был сложиться идеально, чтобы Земля стала тем миром, который поддерживает жизнь. О существовании других подобных планет остаётся только догадываться. По всей видимости, недостаточно, чтобы экзопланета оказалась в обитаемой зоне – должно совпасть ошеломляющее количество переменных, включая миграцию внешних гигантских планет, доставляющих углерод к месту зарождения жизни.