Ewolucja planet wewnętrznych przez pryzmat danych misji Genesis

Dlaczego na Ziemi jest o 38 procent więcej izotopu azotu N-15 niż na Słońcu i Jowiszu? Dlaczego Słońce zawiera 7 procent więcej tlenu O-16 niż nasz glob? Co wpłynęło na te różnice w ewolucji? Te pytania zrodziły się po analizie danych zebranych w ciągu 3 lat przez sondę Genesis. Otrzymane próbki, zmuszają do uzupełnienia i poprawienia teorii na temat powstania Układu Słonecznego, w szczególności jego wewnętrznych planet.

Sonda Genesis zaprojektowana została do badania Słońca. Swoją misję rozpoczęła 8 sierpnia 2001 roku, lecąc w stronę punktu L1 między Ziemią a Słońcem. Do celu dotarła 5 grudnia 2001 roku i do 1 kwietnia 2004 roku kolekcjonowała dane o cząstkach wyrzucanych przez wiatr słoneczny. 8 września, kapsuła z danymi przeszła twarde lądowanie na pustyni Utah, w Stanach Zjednoczonych (zawiodły spadochrony).

Bardzo dużym uszkodzeniom uległy słoneczne kolektory, specjalnie zaprojektowane na rzecz misji. Na szczęście część danych przetrwała upadek. Pochodziły one z instrumentu nazywanego Solar Wind Concentrator. Już w październiku pierwsze próbki zaczęły trafiać do naukowych laboratoriów.

Solar Wind Concentrator jest narzędziem, które dostarczyło danych o zawartości jonów tlenu i azotu w słonecznym wietrze. Zaprojektowano go w Los Alamos National Laboratory. Instrument odkrywa dzisiaj sekrety Słońca.

Słońce i planety krążące wokół niego, powstały z obłoku materii międzygwiazdowej. Najprawdopodobniej na skutek wybuchu supernowej, w skupisku tym zaczęły powstawać miejsca lokalnych zagęszczeń, które z czasem ściągnęły do siebie większość dostępnej materii. Oddziaływania grawitacyjne i ciśnienie doprowadziły do powstania Protosłońca, niezależnego od otoczenia. Ten „zarodek” Słońca, emitował głównie promieniowanie podczerwone.

Protosłońce kurczyło się nadal, temperatura i gęstość w jego wnętrzu wciąż rosły, aż do granicy, której przekroczenie zapoczątkowało reakcje termojądrowe. Spośród innych, mniejszych zagęszczeń materii, zaczęły powstawać planety. Te, które uformowały się bliżej gwiazdy macierzystej, wewnętrzne, skupiły w sobie głównie trudnotopliwe pierwiastki, takie jak żelazo i krzem. Planety zewnętrzne mogły absorbować lżejsze cząstki, takie jak wodór, hel.

Chociaż budowa Słońca i planet typu ziemskiego różni się, to pochodzą ze wspólnego „budulca”. Jest nim mgławica materii międzygwiazdowej, wzbogacona przez cięższe pierwiastki z wybuchów supernowych. Naukowcy mogli zbadać jej skład, infiltrując słoneczny wiatr, niosący cząstki z zewnętrznych części Słońca. Materiał ten jest „skamieniałością” mgławicy, ponieważ najprawdopodobniej nie zmienił się od czasu powstania Układu Słonecznego.

Stąd bierze się doniosłość eksperymentu – wynika z niego, że w toku ewolucji planet typu ziemskiego, powstały w nich naddatki azotu i niedomiar tlenu.

Badacze posuwają się do ostrożnych przypuszczeń. Według nich, nadliczbowy azot może pochodzić z komet, będących nośnikiem cząstek organicznych.

W przypadku tlenu, sprawa wygląda nieco inaczej. Przypuszcza się, że za jego (O-16) wzbogacenie w Słońcu, odpowiada zjawisko fotochemicznego ekranowania własnego (photochemical self-shielding). Doprowadziło ono do modyfikacji pyłu kosmicznego, z którego powstały planety – stąd w Słońcu jest nieco więcej O-16, niż w planetach.

Dwa artykuły, opisujące powyższe dane, ukazały się w czasopiśmie Science. Noszą tytuły:  „A 15N-poor isotopic composition for the solar system as shown by Genesis solar wind samples” oraz “The oxygen isotopic composition of the Sun inferred from captured solar wind”.

Źródła:

1. Los Alamos National Laboratory, Solar wind samples give insight into birth of solar system
2. NASA, NASA Mission Suggests Sun and Planets Constructed Differently
3. Wirtualny Wszechświat, Układ Słoneczny – Powstanie i ewolucja