Theia, planeta misterioasă din care s-a născut Luna: dovezile care rescriu istoria Sistemului Solar

Acum aproximativ 4,5 miliarde de ani, o lume de dimensiunea lui Marte a intrat în coliziune cu Pământul, dispersând resturi care au devenit Luna. Măsurători noi ale amprentelor chimice subtile din roci antice leagă acum această lume pierdută, cunoscută sub numele de Theia, de sistemul solar interior, unde s-a format Pământul.

O echipă de oameni de știință planetari a comparat mici diferențe în compoziția rocilor lunare, a celor de pe Pământ și a meteoriților pentru a identifica locul de origine al lui Theia. Rezultatele indică o naștere aproape de Soare, nu în sistemul solar exterior, schimbând ideile despre etapele creșterii planetelor.

Studiul a fost condus de Timo Hopp, om de știință planetar la Institutul Max Planck pentru Cercetarea Sistemului Solar și la Universitatea din Chicago. Cercetările lui Hopp se concentrează pe utilizarea amprentelor izotopice - diferențe în numărul de neutroni în cadrul aceluiași element - pentru a reconstrui istoricul tinerelor planete.

În tinerețea sistemului solar, multe corpuri mici se mișcau pe traiectorii aglomerate și se ciocneau ocazional unele de altele. Ipoteza impactului uriaș (GIH) este un model conform căruia o coliziune între lumi a aruncat resturi pe orbită în jurul Pământului, și această teorie este susținută de cercetări.

Chimiștii și geologii folosesc izotopii - versiuni ale unui element cu un număr diferit de neutroni - ca markeri naturali ai locului și modului în care s-au format rocile. „Compoziția unui corp arhivează întreaga sa istorie de formare", spune Thorsten Kleine, director la Institutul Max Planck pentru Cercetarea Sistemului Solar.

În sistemul solar timpuriu, izotopii diferiți ai aceluiași element nu erau distribuiți uniform în funcție de distanța față de Soare. Corpurile care s-au format aproape de Soare au acumulat un anumit amestec, în timp ce cele mai îndepărtate au acumulat altul; astfel, semnăturile izotopice poartă informații despre „adresa" lor de origine.

Lucrările de laborator efectuate cu mare precizie pe mostre Apollo arată că rocile lunare și cele terestre au raporturi izotopice aproape identice, chiar și la măsurători extrem de precise. Această corespondență apropiată ridică întrebări, deoarece o coliziune uriașă ar fi putut amesteca materiale diferite, așa cum arătau măsurătorile anterioare ale izotopilor de oxigen în mostrele lunare.

Pentru a stabili punctul de plecare al lui Theia, cercetătorii au măsurat izotopi de fier în 15 roci de pe Pământ și în șase mostre lunare aduse de astronauții Apollo. Instrumentele lor erau suficient de sensibile pentru a detecta diferențe mai mici decât poate observa analiza de rutină, astfel încât chiar și contrastul mic dintre corpuri ar ieși în evidență.

Interpretând datele, echipa a profitat de faptul că diferite elemente urmăresc etape diferite ale formării planetelor. Fierul și molibdenul tind să se scufunde în nucleele metalice, în timp ce zirconiul rămâne în mantale; compararea lor ajută la separarea creșterii timpurii de impacturile ulterioare.

Echipa a combinat, de asemenea, date anterioare despre crom, molibden și zirconiu în calcule de echilibru de masă care au explorat posibile amestecuri între Pământul timpuriu și Theia. Acele soluții indicau că ambele corpuri s-au format pe orbite relativ apropiate, Theia fiind mai aproape de Soare, conform studiului recent.

„Pământul și Theia erau probabil vecini", spune Hopp. Cel mai convingător scenariu este că majoritatea blocurilor de construcție ale Pământului și Theia au avut originea în Sistemul Solar interior. În modelele lor, meteoriții au servit ca ghiduri. Fiecare planetesimal, un corp mic din sistemul solar timpuriu care a contribuit la formarea planetelor, a lăsat în urmă fragmente cu un tipar izotopic.

Studiile anterioare arătaseră că meteoriții se împart în două mari familii izotopice, care reflectă materialul din sistemul solar interior și exterior. Această imagine de ansamblu a ajutat noile rezultate să plaseze Theia în grupul interior. Această separare între meteoriții interni și cei externi a apărut deoarece Jupiter a acționat ca o barieră, împiedicând amestecul materialului pentru perioade lungi.

Ulterior, unele corpuri exterioare au fost împrăștiate spre interior, aducând roci bogate în apă în regiunea unde se asamblau planetele terestre. Un aspect surprinzător este că Theia modelată nu putea fi construită din nicio clasă de meteoriți cunoscută, chiar dacă Pământul poate fi descris astfel. Această discrepanță sugerează că Theia a inclus material mai aproape de Soare decât orice meteorit care a ajuns până acum pe Pământ.

Plasarea lui Theia lângă Pământ schimbă modul în care oamenii de știință își imaginează etapele finale ale creșterii planetelor stâncoase. Lumile aflate pe orbite similare ar fi putut face schimb de materiale mai ușor, estompând granițele între ce aparținea unei planete și ce provenea de la vecinii săi. În același timp, studiul sugerează că elementele din mantaua Pământului au ajuns pe corpuri precum Theia, în loc să fie acumulate doar în timpul creșterii rapide a planetei.

Mantaua este stratul de rocă fierbinte dintre crustă și nucleu, iar impacturile pot adăuga fier și molibden în aceasta. Abordări similare pot fi aplicate pentru Marte, Mercur și asteroizi, folosind măsurători izotopice și modele computerizate pentru a reconstrui coliziuni invizibile astăzi. Fiecare restricție suplimentară aduce cercetătorii mai aproape de povestea despre cum un disc haotic de praf s-a transformat în setul ordonat de planete pe care îl vedem astăzi.