Dünya ve Mars, Güneş Sisteminin İç Kısmından Oluşan Büyük Cisimlerin Çarpışmasıyla Oluştu
Uluslararası araştırma ekibi, Güneş Sistemi’nin iç kesimlerindeki kayalık gezegenlerin izotopik kompozisyonunu araştırdı.
Dünya ve Mars, büyük ölçüde Güneş Sistemi’nin iç kesimlerinden kaynaklanan malzemelerden oluşmuştur; bu iki gezegenin yapı taşlarının yalnızca birkaç yüzdesi Jüpiter’in yörüngesinin ötesinde oluşmuştur. Münster Üniversitesi (Almanya) liderliğindeki bir grup araştırmacı, bu bulguları 22 Aralık 2021’de Science Advances dergisinde bildirdi . Dünya, Mars ve Güneş Sistemi’nin iç ve dış kesimlerinden gelen bozulmamış yapı malzemelerinin izotopik bileşiminin bugüne kadarki en kapsamlı karşılaştırmasını sunuyorlar. Bu malzemenin bir kısmı bugün hala büyük ölçüde değişmeden meteorlarda bulunmaktadır. Çalışmanın sonuçları, Merkür, Venüs , Dünya ve Mars gezegenlerini oluşturan süreci anlamamız açısından geniş kapsamlı sonuçlara sahiptir. Dört kayalık gezegenin, Güneş Sistemi’nin dış kesimlerinden gelen milimetre büyüklüğündeki toz çakıllarını biriktirerek bugünkü boyutlarına ulaştığını varsayan teori savunulamaz.
Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce Güneş Sistemimizin ilk zamanlarında, toz ve gazlardan oluşan bir disk genç Güneş’in yörüngesinde dönüyordu. İki teori, milyonlarca yıl boyunca iç kayalık gezegenlerin bu orijinal yapı malzemesinden nasıl oluştuğunu açıklıyor. Daha eski teoriye göre, iç Güneş Sistemi’ndeki toz giderek daha büyük parçalara toplanarak kademeli olarak Ay’ımızın boyutuna ulaştı. Bu gezegen embriyolarının çarpışmaları sonunda iç gezegenler Merkür, Venüs, Dünya ve Mars’ı oluşturdu. Ancak daha yeni bir teori farklı bir büyüme sürecini tercih ediyor: milimetre boyutundaki toz “çakılları” dış Güneş Sistemi’nden Güneş’e doğru göç etti. Yolları boyunca, iç Güneş Sistemi’nin gezegen embriyolarına biriktiler ve adım adım onları şimdiki boyutlarına büyüttüler.
Her iki teori de erken Güneş Sistemi’ndeki koşulları ve dinamikleri yeniden yapılandırmayı amaçlayan teorik modeller ve bilgisayar simülasyonlarına dayanmaktadır; her ikisi de olası bir gezegen oluşumu yolunu tanımlamaktadır. Peki hangisi doğrudur? Hangi süreç gerçekten gerçekleşmiştir? Bu soruları cevaplamak için, Münster Üniversitesi (Almanya), Observatoire de la Cote d’Azur (Fransa), California Teknoloji Enstitüsü (ABD), Berlin Doğa Tarihi Müzesi (Almanya) ve Berlin Özgür Üniversitesi’nden (Almanya) araştırmacılar, şu anki çalışmalarında kayalık gezegenler Dünya ve Mars’ın tam bileşimini belirlemiştir.
Çalışmanın ilk yazarı olan Münster Üniversitesi’nden Dr. Christoph Burkhardt, “Dünya ve Mars’ın yapı taşlarının Güneş Sistemi’nin dışında mı yoksa içinde mi ortaya çıktığını bulmak istedik” diyor. Bu amaçla, her iki gezegenin de silikat açısından zengin dış katmanlarında çok az miktarda bulunan nadir metaller titanyum, zirkonyum ve molibdenin izotopları önemli ipuçları sağlıyor. İzotoplar, yalnızca atom çekirdeklerinin ağırlığı bakımından farklılık gösteren aynı elementin farklı çeşitleridir.
Referans Olarak Meteoritler
Bilim insanları, erken Güneş Sistemi’nde bu ve diğer metal izotoplarının eşit olarak dağılmadığını varsaymaktadır. Aksine, bollukları Güneş’ten uzaklığa bağlıydı. Bu nedenle, erken Güneş Sistemi’nde belirli bir cismin yapı taşlarının nereden kaynaklandığına dair değerli bilgiler içerirler.
Araştırmacılar, dış ve iç Güneş Sistemi’nin orijinal izotopik envanteri için bir referans olarak iki tür meteor kullandılar. Bu kaya parçaları genellikle Mars ve Jüpiter’in yörüngeleri arasındaki bölge olan asteroit kuşağından Dünya’ya ulaştı. Güneş Sistemi’nin başlangıcından itibaren büyük ölçüde bozulmamış malzeme olarak kabul edilirler. Birkaç yüzdeye kadar karbon içerebilen sözde karbonlu kondritlerin Jüpiter’in yörüngesinin ötesinde ortaya çıktığı ve ancak daha sonra büyüyen gaz devlerinin etkisi nedeniyle asteroit kuşağına taşındığı halde, daha fazla karbon tüketen kuzenleri olan karbonsuz kondritlerin iç Güneş Sistemi’nin gerçek çocukları olduğu düşünülmektedir.
Dünya’nın erişilebilir dış kaya katmanlarının ve her iki tür meteoritin kesin izotopik bileşimi bir süredir inceleniyor; ancak Mars kayalarının karşılaştırılabilir kapsamlı analizleri yapılmadı. Araştırmacılar, mevcut çalışmalarında artık altı tipik Mars kayası türüne atanabilen toplam 17 Mars meteoritinden örnekler incelediler. Ayrıca bilim insanları ilk kez üç farklı metal izotopunun bolluğunu araştırdılar.
Mars meteoritlerinin örnekleri önce toz haline getirildi ve karmaşık kimyasal ön işleme tabi tutuldu. Münster Üniversitesi Planetoloji Enstitüsü’ndeki çoklu toplayıcı plazma kütle spektrometresini kullanan araştırmacılar daha sonra çok küçük miktarlarda titanyum, zirkonyum ve molibden izotopları tespit edebildiler. Daha sonra, bugün karbonlu ve karbonsuz kondritlerde bulunan yapı malzemesinin ölçülen bileşimlerini yeniden üretmek için Dünya ve Mars’a dahil edilmesi gereken oranı hesaplamak için bilgisayar simülasyonları gerçekleştirdiler. Bunu yaparken, sırasıyla titanyum ve zirkonyum izotoplarının ve molibden izotoplarının farklı geçmişini hesaba katmak için iki farklı birikme evresini dikkate aldılar. Titanyum ve zirkonyumun aksine, molibden esas olarak metalik gezegen çekirdeğinde birikir. Bu nedenle, bugün hala silikat bakımından zengin dış katmanlarda bulunan çok küçük miktarlar, yalnızca gezegenin büyümesinin en son evresinde eklenmiş olabilir.
Araştırmacıların sonuçları, Dünya ve Mars’ın dış kaya katmanlarının, Güneş Sistemi’nin dış kısmındaki karbonlu kondritlerle pek az ortak noktası olduğunu gösteriyor. Her iki gezegenin orijinal yapı taşlarının yalnızca yaklaşık yüzde dördünü oluşturuyorlar. Münster Üniversitesi’nden ve aynı zamanda Göttingen’deki Max Planck Güneş Sistemi Araştırma Enstitüsü’nün direktörü olan Prof. Dr. Thorsten Kleine, “Erken Dünya ve Mars, çoğunlukla Güneş Sistemi’nin dış kısmından toz taneleri biriktirmiş olsaydı, bu değer neredeyse on kat daha yüksek olmalıydı,” diyor. “Bu nedenle, iç gezegenlerin oluşumuna dair bu teoriyi doğrulayamıyoruz,” diye ekliyor.
Kayıp Yapı Malzemesi
Ancak Dünya ve Mars’ın bileşimi, karbonsuz kondritlerin malzemesiyle de tam olarak uyuşmuyor. Bilgisayar simülasyonları, başka, farklı bir tür yapı malzemesinin de rol oynamış olması gerektiğini öne sürüyor. Christoph Burkhardt, “Bilgisayar simülasyonlarımızla çıkardığımız bu üçüncü tür yapı malzemesinin izotopik bileşimi, Güneş Sistemi’nin en iç bölgesinden kaynaklanmış olması gerektiğini gösteriyor,” diye açıklıyor. Güneş’e bu kadar yakın mesafedeki cisimler neredeyse hiçbir zaman asteroit kuşağına dağılmadığından, bu malzeme neredeyse tamamen iç gezegenler tarafından emilmiş ve bu nedenle meteorlarda bulunmuyor. Thorsten Kleine, “Bu, bugün artık doğrudan erişimimiz olmayan, bir bakıma ‘kayıp yapı malzemesi’,” diyor.
Şaşırtıcı bulgu, gezegen oluşumu teorisi için çalışmanın sonuçlarını değiştirmiyor. Christoph Burkhardt, “Dünya ve Mars’ın görünüşe göre çoğunlukla Güneş Sistemi’nin iç kısımlarından gelen malzeme içermesi, Güneş Sistemi’nin iç kısımlarındaki büyük cisimlerin çarpışmalarından kaynaklanan gezegen oluşumuyla iyi uyuşuyor” sonucuna varıyor.
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için Dünya ve Mars, Güneş Sistemi’ndeki Eksik Malzemeden Oluştu başlıklı makaleye bakın .