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...

На фото: 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.

На фото: 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 долю 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.

На фото: 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».