С помощью компьютерного моделирования международная группа исследователей совместно с учёным из Сибирского федерального университета (СФУ) доказала, что легкие химические элементы планетарных эмбрионов улетучиваются, если масса протопланеты меньше массы Марса и находится на орбитальном расстоянии от Солнца не далее 1,5 астрономических единиц (АЕ).
«Потеря лёгких элементов, происходящая на стадии формирования „эмбрионов“, приводит к преобладанию тяжёлых элементов, наблюдаемому, в частности, на Земле. Всё дело в том, что планетарные эмбрионы, имеющие размеры от нескольких сотен до нескольких тысяч километров, могут образовывать океаны раскалённой магмы благодаря взаимным столкновениям, гравитационной энергии и нагреву от короткоживущих радиоактивных элементов. При этом происходит выделение летучих элементов из океана магмы и формирование паровых атмосфер. Однако в процессе отвердевания магмы после охлаждения протопланетного диска паровая атмосфера начинает катастрофически улетучиваться и может быть полностью утрачена из-за гидродинамического истечения атмосферы в окружающее пространство под действием поглощаемого интенсивного ультрафиолетового излучения Солнца. При этом убегающие атомы водорода, образующиеся при диссоциации молекул воды и водорода, будут вытягивать также более массивные элементы типа инертных газов (неон и аргон) и даже формирующие твердую кору элементы — калий, натрий, кремний, магний», — рассказал соавтор исследования, профессор кафедры прикладной механики СФУ, главный научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН Николай Еркаев.
Коллектив исследователей рассмотрел три сценария эволюции УФ-излучения молодой звезды (для спокойного, умеренного и активного Солнца). Учёные провели компьютерное моделирование процесса «убегания» атмосферы, изучили изменения её состава от различных планетарных эмбрионов, равных по массе Луне, Марсу, а также составляющих половину и полторы массы Марса на различных орбитальных расстояниях в интервале между орбитами Венеры и Марса. Выяснилось, что паровые атмосферы и присутствующие в них микроэлементы будут быстро и полностью утрачены, если масса протопланеты меньше массы Марса и находится на орбитальном расстоянии от Солнца не далее 1,5 астрономических единиц (АЕ). Орбита Земли соответствует 1АЕ — отметил Николай Еркаев.
Но, в отношении более массивных эмбрионов (от 1 до 1.5 масс Марса) почти все из рассмотренных паровых атмосфер могут быть потеряны примерно за 12 миллионов лет, что находится в пределах времени формирования первой твердой марсианской коры (после 20 миллионов лет). И, наконец, для всех рассмотренных планетарных масс и орбит интенсивность «утекания» аргона и неона настолько высока, что не будет возникать разделения их изотопов в атмосфере.
«Наша группа пришла к выводу, что изученные планетарные эмбрионы, даже при отсутствии разделения изотопов, будут сильно обеднены в отношении инертных газов и умеренно летучих элементов. Таким образом, гидродинамическое истечение атмосфер может существенно влиять на финальный состав планет, которые поглощают такие планетарные эмбрионы в процессе своей эволюции. Это может касаться как летучих компонентов, так и соотношения железа и магния в составе планеты. К примеру, рассмотренный механизм может быть одной их причин высоких значений железа и магния и низких значений кремния, наблюдаемых на Земле в настоящее время», — резюмировал красноярский учёный.
Фото: inigocia / 123rf.com
