Марс застрял на эмбриональной стадии

Марс является скорее остановившимся в развитии планетным эмбрионом, чем планетой земной группы. Изотопный анализ метеоритов подтверждает, что Марс начал формироваться спустя 2–4 миллиона лет после образования Солнечной системы, то есть намного раньше, чем Венера и Земля.

Согласно предложенной еще двадцать лет назад модели, описывающей формирование планет на ранних стадиях образования Солнечной системы, внутренние планеты земной группы образовались в результате столкновений сотен так называемых планетезималей – протопланетных сгустков диаметром от одной до пяти тысяч километров, сколлапсировавших, в свою очередь, из частиц пыли вращающегося протопланетного диска.

В случае Земли такой решающей и последней большой гравитационной коллизией было столкновение с планетезималем величиной с Марс, случившееся, вероятно, в первые 60–150 млн существования Солнечной системы. Итогом столкновения стало общее приращение массы Земли и формирование Луны из обломочного материала.

В общем и целом модель хорошо справляется с описанием динамических процессов, приведших к образованию Венеры и Земли в их нынешнем виде, а в случае с нашей планетой подтверждается и опытными данными – анализом изотопного состава лунного вещества и земной коры.

Однако Марс с его относительно небольшими размерами в эту модель категорически не вписывается.

В пользу гипотезы, что Марс так и остался планетным эмбрионом, избежавшим столкновений с крупными планетезималями, свидетельствовал изотопный анализ марсианских метеоритов – древнего осколочного материала, выбитого с поверхности Марса в результате столкновений с астероидами или же сумевшего преодолеть слабую марсианскую гравитацию в ходе сильных вулканических извержений и в конечном итоге оказавшегося на Земле.

Метод, позволяющий оценить возраст этих обломков и, таким образом, возраст марсианской мантии, основывается на тех же принципах изотопного анализа, что и метод датировки ископаемого биологического материала, применяемый палеонтологами. Только вместо относительно короткоживущих изотопов С14 в случае радиоуглеродной датировки планетологи вычисляют возраст марсианских метеоритов с помощью намного более долгоживущего изотопа вольфрама W182 – продукта распада изотопа гафния Hf182.

Период полураспада Hf182 составляет 50 млн лет – параметр, вполне достаточный для выстраивания хронологии событий, происходивших на ранних стадиях образования планет.

Однако для точной, в пределах хотя бы 2–3 млн лет, датировки марсианского вещества необходимо знать не только количественное содержание W182 в метеоритах, но и пропорцию гафния и вольфрама в марсианской мантии (примерно так же как и при построении хронологической шкалы радиоуглеродным методом нужно знать не только количество С14, оставшееся в анализируемых образцах, но и соотношение между С14 и стабильным углеродом в атмосфере Земли).

Гафний и вольфрам по разному ведут себя внутри крупных планетезималей со сформировавшимся мантией и ядром: вольфрам опускается к железному ядру планетезималя, гафний, напротив, остается в мантии. Химические свойства их изотопов те же, что и стабильных гафния и вольфрама. Поэтому, если планетезималь Марса образовался раньше, в его мантии должно быть и больше W182, поскольку в мантии более молодого планетезималя содержалось больше еще не распавшихся изотопов гафния.

Аномально высокое содержание W182 в марсианских метеоритах указывало, что Марс сформировался раньше Земли и, возможно, Венеры на десятки миллионов лет.

Однако незнание пропорции вольфрама и гафния в марсианской мантии привело к большим расхождениям в датировках марсианских метеоритов.

Обойти этот дефект в расчетах удалось планетологам Николасу Дофасу из Университеа Чикаго и Эли Пурманду из Школы морских и атмосферных исследований при Университете Майами – соавторов статьи, опубликованной на этой неделе в Nature.

Сопоставив данные по изотопному составу 20 марсианских метеоритов и 20 хондритов – каменных метеоритов, образовавшихся непосредственно из протопланетного облака, им удалось установить корреляцию между содержанием гафния и тория в хондритах, и вольфрама и тория в марсианских метеоритах. Поскольку именно хондриты были тем самым строительным веществом, из которого формировались планетезимали, методом пересчета удалось более точно установить пропорциональное содержание гафния и вольфрама в марсианской мантии.

Так, если предыдущие оценки пропорции колебались в диапазоне от 2,6 до 5, то благодаря новой методике пропорциональное соотношение гафния и вольфрама удалось установить на уровне 3,51 с точностью плюс-минус 0,45. Это, в свою очередь, позволило более точно вычислить и возраст Марса. К удивлению планетологов,

Марс оказался намного старее, чем даже предполагалось ранее: как планетезималь он сформировался спустя 2–4 млн лет после образования Солнечной системы, то есть еще до того, как рассеялось газовое протооблако, внутри которого формировалось Солнце, и скомковались первые планетные эмбрионы диаметром 100 км.

Каким образом столь быстро сформировавшемуся марсианскому планетезималю удалось избежать дальнейших столкновений с представителями формирующейся протопланетной популяции, сама по себе новая датировка не объясняет. Однако это корректирует наши представления о Красной планете, символизирующей скорее уже не бога войны, и даже не воинственного карлика, а планетный эмбрион, остановившийся в своем развитии.

«Считалось, что в Солнечной системе уже не осталось крупных планетных эмбрионов, из которых сформировалась наша Земля. Однако, изучая Марс, мы такой эмбрион открыли», – резюмируют в пресс-релизе Nature авторы статьи.

ДМИТРИЙ МАЛЯНОВ