Учёные «поистине поражены» открытием, которое меняет историю происхождения Земли

Примерно так могло выглядеть формирование Земли в нашей Солнечной системе. Рождение двух планет (светло-коричневые точки) в протопланетном диске вокруг молодой звезды WISPIT 2. Фото: ESO / Lawlor C et al.

Учёные долго спорили о том, откуда взялся материал, из которого образовалась Земля. Хотя наша планета находится во внутренней части Солнечной системы, многие исследователи предполагали, что от 6 до 40 процентов её строительного материала прибыло из внешней области, за орбитой Юпитера. Эта идея особенно важна для объяснения того, как Земля получила летучие вещества, включая воду. Если бы они приходили из более далёких регионов, значит, во время формирования Земли материя должна была перемещаться между внешней и внутренней частями Солнечной системы.

Новое исследование ставит эту картину под сомнение.

«Мы были поистине поражены»

Планетологи Паоло Сосси и Дэн Бауэр из ETH Zurich сравнили существующие измерения изотопных соотношений в широком наборе метеоритов, включая образцы, связанные с Марсом и астероидом Веста, с изотопным составом Земли. Изотопы — это «родственные» атомы одного и того же элемента (с одинаковым числом протонов), но с разной массой (разным числом нейтронов).

Применив новый подход к анализу этих данных, исследователи пришли к поразительному выводу: материал, из которого сформировалась Земля, происходил целиком из внутренней части Солнечной системы. На вещество из внешней области, судя по всему, приходится менее двух процентов общей массы Земли, а возможно, и вовсе ничего. Исследование опубликовано в Nature Astronomy.

«Наши расчёты ясно показывают: строительный материал Земли происходит из единого резервуара вещества», — говорит Сосси. Его коллега Бауэр добавляет: «Мы были поистине поражены, обнаружив, что Земля состоит целиком из материала внутренней Солнечной системы, отличного от любой комбинации существующих метеоритов».

Команда ETH Zurich опиралась на уже имеющиеся измерения по десяти различным изотопным системам в метеоритах. Более ранние работы обычно ограничивались лишь двумя изотопными системами.

«Наши исследования — это, по сути, эксперименты по работе с данными, — говорит Сосси. — Мы провели статистические расчёты, которые редко используются в геохимии, хотя являются мощным инструментом».

Изотопы метеоритов раскрывают происхождение Земли

Учёные десятилетиями используют изотопы в метеоритах, чтобы проследить, где формировались небесные тела и из какого региона Солнечной системы они происходят. Однако долгое время главным инструментом для определения этого происхождения служили изотопы кислорода. Ситуация изменилась в начале 2010-х, когда американский исследователь показал, что изотопы других элементов, включая хром и титан, тоже способны указывать, где образовались метеориты.

Это открытие позволило разделить метеориты на две большие группы. Неуглеродистые метеориты формировались исключительно во внутренней Солнечной системе. Углеродистые содержат больше воды и углерода и происходят из внешней области.

Согласно новому анализу, Земля целиком состоит из неуглеродистого материала. Исследователи не нашли доказательств ранее предполагавшегося обмена веществом между внутренним и внешним резервуарами Солнечной системы. Это говорит о том, что Земля росла в относительно стабильной среде, постепенно присоединяя небольшие соседние планетезимали. А ещё это означает, что большинство летучих веществ, включая воду, должны были уже существовать во внутренней Солнечной системе.

Юпитер мог разделить Солнечную систему

Почему молодая Солнечная система оказалась разделена на два отдельных резервуара вещества? Учёные считают, что ключевую роль сыграл Юпитер. Когда газовый гигант быстро рос, его огромная гравитация прорезала разрыв в протопланетном диске вокруг молодого Солнца. Такие диски имеют кольцеобразную форму и состоят из газа и пыли — именно в них рождаются планеты. Юпитер, по-видимому, действовал как барьер, ограничивая перемещение материала из внешней Солнечной системы во внутреннюю. Однако до сих пор учёные не знали, насколько эффективным был этот барьер.

Новый анализ показывает, что очень мало вещества из-за Юпитера когда-либо достигало области, где формировалась Земля.

«Наши расчёты очень надёжны и опираются исключительно на сами данные, а не на физические допущения, которые пока не до конца понятны», — подчёркивает Бауэр.

Результаты также показывают, что состав вещества Земли напоминает состав Марса и Весты.

Меркурий и Венера могут следовать той же схеме

Исследователи предполагают, что Меркурий и Венера могут вписываться в ту же картину, что Земля, Марс и Веста. «Основываясь на нашем анализе, мы теоретически можем предсказать состав этих двух планет», — говорит Паоло Сосси. Пока, однако, это предсказание нельзя проверить напрямую: у учёных нет образцов пород с Меркурия и Венеры — двух ближайших к Солнцу планет, — которые можно было бы проанализировать таким же образом.

Новая загадка о воде на Земле

«Наши результаты проливают новый свет на историю формирования нашей Земли и других каменистых планет», — говорит Сосси. Но находки поднимают и крупный новый вопрос. Если Земля не получала больших объёмов богатого водой материала из внешней Солнечной системы, учёным придётся объяснить, как в горячей внутренней области могло быть достаточно воды, чтобы в итоге образовались земные океаны.

Сосси и его команда планируют заняться этим вопросом следующим. Они также хотят выяснить, могут ли подобные процессы происходить в планетных системах вокруг других звёзд.

«А до тех пор нам с Дэном придётся вести множество жарких споров о составе вещества Земли и соседних с ней планет, потому что научная дискуссия о строительных блоках Земли далека от завершения, несмотря на новые находки», — говорит Сосси.

Источники:

Материалы предоставлены ETH Zurich.

Paolo A. Sossi, Dan J. Bower. Homogeneous accretion of the Earth in the inner Solar System. Nature Astronomy, 2026; 10 (7): 972 DOI: 10.1038/s41550-026-02824-7