Nyt fund puster liv i omdiskuteret spørgsmål: Jorden og Mars blev dannet på forskellig vis

For 4,5 milliarder år siden blev Jorden og Mars født i den roterende sky af gas og støv, der skulle blive til vores solsystem.

Men præcist hvordan planeterne opstod er dog fortsat en af de mest omdiskuterede spørgsmål inden for planetforskning.

Nu melder forskere fra Københavns Universitet sig ind i diskussionen. De har med en ny metode forsøgt at rekonstruere planeternes tidligste historie ved at analysere planeternes kemiske sammensætning.

Og resultatet kom bag på forskerne.

”Det mest overraskende for os var, at Jorden og Mars tilsyneladende opstod på forskellige måder. Man kunne ellers have forventet, at to planeter, som blev dannet side om side i det samme solsystem, havde en mere ens dannelseshistorie,” siger professor Anders Johansen, der forsker i planetdannelse ved Globe Institute på Københavns Universitet. Han er hovedforfatter på det nye studie sammen med adjunkt Haiyang Wang.

Sådan fødtes Mars og Jorden

I dag er der bred enighed blandt forskere om, at planeter hovedsageligt dannes på to måder eller gennem en hybrid af de to:

Enten opstår planeter, når gigantiske klippestykker, såkaldte planetesimaler, brager sammen. Eller også bliver planeterne hovedsageligt til, ved at disse enorme klipper suger små partikler til sig – kendt som småstensindfangning.

Der er dog fortsat uenighed blandt planetforskere om, hvorvidt den ene eller den anden proces, eller en kombination af dem, bedst forklarer hvordan klippeplaneter som Jorden og Mars opstår.

Forskerne bag det nye studie mener, at deres fund understøtter den såkaldte hybridmodel. Studiet går dog et skridt længere og kommer med et konkret bud på, hvordan Jorden og Mars blev dannet for 4,5 milliarder år siden.

”Mindst 75 procent af Jordens masse ser ud til at stamme fra to unge planeter, såkaldte protoplaneter, der voksede sig store ved at suge de her ”småsten” til sig, mens planetesimaler bidrog med op til 25 procent. Omvendt ser det ud til, at omkring tre fjerdedele af Mars’ masse stammer fra planetesimaler, og den sidste fjerdedel stammer fra småstensindfangning,” siger Haiyang Wang.

Planeternes kemi afslører fortiden

Når forskere vil forstå, hvordan planeter blev dannet for milliarder af år siden, må de tage udgangspunkt i de spor, der stadig eksisterer i dag.

I det nye studie har forskerne derfor nærstuderet bestemte grundstoffer i de yderste lag af planeterne: skorpen og kappen. Især såkaldte flygtige grundstoffer, der relativt let fordamper ved høje temperaturer, såsom natrium, zink og kalium.

Ifølge forskerne fungerer tilstedeværelsen – eller manglen på samme – af disse grundstoffer som et kemisk fingeraftryk, der afslører, hvilke processer planeterne har været igennem, da de blev dannet. Ved hjælp af avancerede computermodeller kan forskerne så regne ud, hvilke processer der er de mest sandsynlige forklaringer på Jorden og Mars’ dannelse.

”Det er et stort detektivarbejde at finde ud af, hvad der skete dengang, når de fleste spor er forsvundet for længe siden. Men selv efter 4,5 milliarder år er sammensætningen af Jorden og Mars’ kapper stadig den samme. Man kan tænke det som et aftryk af dannelsesprocessen,” siger Anders Johansen.

Forskerne understreger, at deres computermodeller indeholder usikkerheder. De kender eksempelvis ikke den præcise kemiske sammensætning af de oprindelige byggesten i vores solsystem, der med tiden blev til Jorden og Mars.

Derfor gør forskerne en række antagelser i modellen, men selv når de justerer antagelserne, forbliver hovedkonklusionen den samme.

”De præcise procentsatser kan ændre sig lidt, men vores analyser peger konsekvent på, at Jorden og Mars opstod på to forskellige måder. Vores metode er en mere præcis og direkte måde at forstå planetdannelse på, end den mere udbredte metode, der baserer sig på isotoper, men som ofte kan fortolkes på flere måder,” siger Haiyang Wang.

Kan hjælpe i jagten på beboelige planeter

Forskerne ser også et potentiale uden for vores eget solsystem.

Flere rummissioner skal i fremtiden forsøge at finde og undersøge jordlignende planeter i andre galakser.

Men for at vurdere, om sådanne planeter potentielt er beboelige, er det nødvendigt at forstå deres kemiske sammensætning, påpeger forskerne.

”Hvis vi forstår, hvordan planeter mister flygtige grundstoffer, når planeter dannes, kan vi også blive bedre til at forudsige, hvor meget vand og andre livsnødvendige stoffer de ender med at have,” siger Anders Johansen.

Om studiet

• Studiet undersøger, hvordan Jorden og Mars opstod for 4,5 milliarder år siden ved at analysere bestemte grundstoffer i de to planeters skorpe og kappe. Forskerne har beregnet de mest sandsynlige dannelsesprocesser med avanceret statistisk computermodellering.
• Ifølge studiet blev Jorden og Mars til på forskellig vis: Mars opstod hovedsageligt gennem sammenstød af enorme klippestykker, såkaldte planetesimaler. Jorden begyndte hovedsageligt som to protoplaneter, der sugede småstenspartikler til sig, kaldet småstensindfangning.
• Studiet understøtter den såkaldte hybridmodel, hvor begge mekanismer har bidraget til deres dannelse.
• Forskerne understreger, at resultaterne bygger på modeller og statistiske sandsynligheder samt en række antagelser om sammensætning af de byggesten, der fandtes i vores tidlige solsystem og sidenhen blev til de to planeter. Herunder, at Mars og Jordens planetesimal-byggesten kemisk ligner asteroiden Vesta, samt at de flygtige grundstoffer i højere grad går tabt, når protoplaneter suger småstenspartiklerne til sig, end når der sker gigantiske sammenstød.
• Forskerne brugte computersimuleringer til at vise, at flygtige grundstoffer tabes fra småstenene på vej ned mod planetens overflade.
• Studiet er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature Astronomy.