Ett internationellt team av forskare från University of Oxford, LMU München, ETH Zürich, BGI Bayreuth, och universitetet i Zürich upptäckte att en tvåstegs bildningsprocess av det tidiga solsystemet kan förklara kronologin och uppdelningen i flyktiga och isotopinnehåll i det inre och yttre solsystemet.

Deras resultat kommer att publiceras i Vetenskap .

Uppsatsen presenterar ett nytt teoretiskt ramverk för bildandet och strukturen av solsystemet som kan förklara flera nyckeldrag hos de terrestra planeterna (som Jorden, Venus, och Mars), yttre solsystemet (som Jupiter), och sammansättningen av asteroider och meteoritfamiljer. Teamets arbete bygger på och kopplar samman de senaste framstegen inom astronomi (nämligen observationer av andra solsystem under deras bildande) och meteoritik—laboratorieexperiment och analyser av isotopen, järn, och vattenhalt i meteoriter.

Den föreslagna kombinationen av astrofysiska och geofysiska fenomen under solens tidigaste bildningsfas och själva solsystemet kan förklara varför planeterna i det inre solsystemet är små och torra med lite vatten i massa, medan planeterna i det yttre solsystemet är större och blöta med mycket vatten. Det förklarar meteoritrekordet genom att bilda planeter i två distinkta steg. De inre terrestra protoplaneterna ansamlades tidigt och värmdes internt av starkt radioaktivt sönderfall; detta torkade ut dem och splittrade det inre, torr från det yttre, våt planetarisk befolkning. Detta har flera konsekvenser för distributionen och nödvändiga bildningsförhållanden för planeter som jorden i extrasolära planetsystem.

De numeriska experimenten utförda av det tvärvetenskapliga teamet visade att de relativa kronologierna för tidig debut och utdragen avslutning av accretion i det inre solsystemet, och en senare uppkomst och snabbare ansamling av planeterna i det yttre solsystemet kan förklaras av två distinkta bildningsepoker av planetesimaler, planeternas byggstenar. Nyligen genomförda observationer av planetbildande skivor visade att skivans mittplan, där planeter bildas, kan ha relativt låga nivåer av turbulens. Under sådana förhållanden kan interaktionen mellan stoftkornen inbäddade i skivgasen och vatten runt omloppsplatsen där den övergår från gas- till isfas (snölinjen) utlösa en tidig bildningsskur av planetesimaler i det inre solsystemet och ytterligare en senare och längre ut.

De två distinkta bildningsepisoderna av planetesimala populationer, som vidare samlar material från den omgivande skivan och via inbördes kollisioner, resultera i olika geofysiska moder av intern evolution för de bildande protoplaneterna. Dr. Tim Lichtenberg från Department of Atmospheric, Oceanisk och planetarisk fysik vid University of Oxford och huvudförfattare till studien noterar:"De olika bildningstidsintervallen för dessa planetesimala populationer betyder att deras interna värmemotor från radioaktivt sönderfall skilde sig avsevärt. Planetesimalerna i det inre solsystemet blev mycket varma, utvecklade inre magmahav, snabbt bildade järnkärnor, och avgasade deras ursprungliga flyktiga innehåll, vilket så småningom resulterade i torra planetkompositioner. I jämförelse, yttre solsystemets planetesimaler bildades senare och upplevde därför avsevärt mindre intern uppvärmning och därför begränsad bildning av järnkärnor, och flyktigt utsläpp.

"Det tidigt bildade och torra inre solsystemet och det senare bildade och våta yttre solsystemet var därför inställda på två olika evolutionära vägar mycket tidigt i sin historia. Detta öppnar nya vägar för att förstå ursprunget till de tidigaste atmosfärerna på jorden- som planeter och platsen för solsystemet inom ramen för den exoplanetära folkräkningen över galaxen."

Denna forskning stöddes av finansiering från Simons Collaboration on the Origins of Life, Swiss National Science Foundation, och Europeiska forskningsrådet.

Hela studien, "Bifurkation av planetära byggstenar under solsystemets bildning, " kommer att publiceras den 22 januari 2021 i Vetenskap , 371, 6527.