Ученые выяснили, почему в составе планет Солнечной системы много железа и магния
09.07.2020
Источник: ТАСС, 09.07.2020
По данным ученых, легкие химические элементы улетучиваются по мере отвердевания магмы на "зародышах" планет и могут полностью исчезнуть под действием излучения Солнца
Международная группа исследователей с помощью компьютерного моделирования определила причину, по которой в составе планет Солнечной системы преобладают тяжелые химические элементы – железо и магний. Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе Сибирского федерального университета (СФУ).
Согласно существующим научным теориям, планеты Солнечной системы появились из газопылевого облака. Вначале образовались так называемые "зародыши" планет (протопланеты), затем самые крупные из них притягивали и поглощали соседей, после чего формировали свою окончательную форму – таким, в частности, было "детство" Земли.
Авторы нового исследования, в число которых вошел профессор кафедры прикладной механики СФУ, главный научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН Николай Еркаев, с помощью компьютерного моделирования определили процесс, из-за которого на стадии формирования "зародыша" планеты она теряет легкие химические элементы. За счет этого в ее основе остаются тяжелые элементы – такие как железо и магний.
"Планетарные "эмбрионы" за счет взаимных столкновений, гравитационной энергии и нагрева образуют океаны раскаленной магмы. В результате этого процесса происходит выделение летучих элементов и формирование паровых атмосфер. Однако в ходе отвердевания магмы паровая атмосфера улетучивается и может полностью исчезнуть под действием излучения Солнца. Ученые изучили этот механизм на примере молодой звезды и выяснили, что "убегающие" атомы водорода способны вытягивать с поверхности планеты не только легкие, но и такие массивные элементы как неон, аргон, а также калий, натрий, кремний и магний", - сказали ТАСС в пресс-службе СФУ.
Исчезающая атмосфера
Ученые пришли к выводу, что интенсивная потеря легких химических элементов, в частности, зависит от массы формирующихся планет. У планетарных эмбрионов с массой меньше Луны гравитация слишком слаба, чтобы сформировать плотную паровую атмосферу. В итоге все испаряющиеся с поверхности планеты легкие элементы улетучиваются в космическое пространство, объясняют авторы. Расстояние от Солнца тоже играет важную роль – к примеру, протопланета с массой меньше Марса быстро потеряет паровую атмосферу с ее микроэлементами, если будет находится на орбитальном расстоянии 1,5 астрономических единиц от Солнца.
"Наконец, для всех рассмотренных планетарных масс и орбит интенсивность "утекания" аргона и неона настолько высока, что не будет возникать разделения их изотопов в атмосфере. Можно сделать вывод, что изученные планетарные эмбрионы даже при отсутствии разделения изотопов будут сильно обеднены в отношении инертных газов и умеренно летучих элементов. Таким образом, гидродинамическое истечение атмосфер может существенно влиять на финальный состав планет, которые поглощают такие планетарные эмбрионы в процессе своей эволюции, и это может касаться как летучих компонентов, так и соотношения железа и магния в составе планеты. Рассмотренный механизм может быть одной их причин высоких значений железа и магния и низких значений кремния, наблюдаемых на Земле в настоящее время", - приводит пресс-служба СФУ слова Николая Еркаева.
В исследовании также участвовали сотрудники Института космических исследований Австрийской академии наук и Грацского университета имени Карла и Франца (г. Грац, Австрия), а также Университета Версаль-Сен-Кантен-ан-Ивелин (Версаль, Франция). Результаты работы опубликованы в журнале Icarus.