Согласно новым исследованиям, Земля и другие твердые планеты сформировались не из того же материала, что и остальная Солнечная система.

Эти выводы основаны на анализе материала, собранного зондом «Генезис», который вернулся на Землю в 2004 году и потерпел крушение, так как не раскрылся его парашют. Однако, часть материала, собранного зондом, сохранилась. На ее основе был сделан вывод, что материал, из которого образовалось Солнце, сильно отличается от того, из которого образовалась Земля, Луна и другие объекты внутренней Солнечной системы.

Около 4.6 миллиардов лет назад в ходе некоторых процессов произошло изменение тех частиц, из которых образовались твердые планеты, тогда как Солнце к этому моменту уже образовалось.

«С любой точки зрения, в том числе исторической, это неожиданный результат», – говорит Кевин мак Кееган из Университета Калифорнии.

Космический корабль «Генезис» был запущен в 2001 году. Его максимальное удаление от Земли составило около 1.5 миллиардов километров. В течение двух лет зонд занимался сбором образцов солнечного ветра. Смысл работы заключался в том, чтобы позволить ученым понять состав Солнца, что, в свою очередь, позволило бы лучше понять процессы формирования и эволюции Солнечной системы.

Возвращаемый аппарат был послан на Землю в 2004 году. Но парашют капсулы не раскрылся, в результате чего она упала на Землю со скоростью 306 км/ч. Хотя большая часть собранных образцов была безвозвратно утеряна, часть из них все еще можно использовать. Две команды ученых занялись изучением наличия кислорода и азота, элементов, которых много в составе Земли и ее атмосферы. Работа проводилась чрезвычайно тщательно, так как количество уцелевшего материала оказалось мало.

Команда под руководством мак Кеегана рассмотрела содержание изотопов кислорода в солнечном ветре. Всего у кислорода три стабильных изотопа, с атомарными массами 16, 17 и 18. Оказалось, что на Солнце заметно больше кислорода-16 по сравнению с другими двумя изотопами, чем на Земле. Какие-то процессы привели к тому, что материал формирования Земли и других тел внутренней Солнечной системы привел к увеличению содержания кислорода-17 и кислорода-18 примерно на 7 процентов. Хотя пока ученым не удалось представить достаточно убедительной версии, как это произошло, у них есть ряд гипотез. Предпочтение отдается гипотезе изотопной самозащиты.

Около 4.6 миллиардов лет назад планеты еще не сформировались из околосолнечной туманности, облака пыли и газа. Скорее всего, большая часть кислорода в этом облаке находилась в молекулах угарного газа. Однако высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение Солнца привело к распаду молекул. Кислород быстро соединился в другие молекулы, формируя материал, из которого затем сформировались планеты. В зависимости от того, какой изотоп кислорода находился в составе молекул угарного газа, требовалось излучение с различной энергией. Кислород-16 намного более распространен, так что его, скорее всего, было больше всего в облаке. Согласно теории изотопной самозащиты, большинство фотонов с энергией, подходящей для разрушения молекулы с кислородом-16, было поглощено на краю облака, оставив его внутреннюю часть нетронутой. Тем временем, большая часть фотонов с энергией, подходящей для разрушения молекул с кислородом-17 и 18 прошла глубже и привела к освобождению большей их части. В результате их количество в материале, из которого формировались планеты, увеличилось. Это и объясняет различия в содержании изотопов в Солнце и Земле.

Другая группа ученых под руководством Бернара Марти из Университета Нанси независимо исследовала состав изотопов азота. Азот имеет два стабильных изотопа, с атомарными массовыми числами 14 и 15. В ходе этого исследования было обнаружено еще большее различие. Оказалось, что относительное содержание азота-15 в солнечном ветре на 40 процентов больше, чем в земной атмосфере.

Ранее уже проводились исследования, показывающие, что изотопный состав азота Солнца и внутренних планет может быть сильно различным, теперь эти соображения надежно подтверждены.

«До настоящих измерений состава изотопов азота невозможно было понять причину таких различий, – говорит Марти. – Теперь мы знаем, что околосолнечная туманность была бедна азотом-15, так что различие в количестве этого изотопа в составе тел Солнечной системы является результатом смешения с почему-то богатыми азотом-15 материалами». По поводу причины наличия богатых азотом-15 материалов пока нет твердого ответа, однако гипотеза изотопной самозащиты может дать ответ и в этом случае. Однако, пока нельзя исключить вероятность того, что богатые азотом-15 материалы попали в Солнечную систему извне.

Новые исследования также проливают свет на происхождение мелких частиц углерода, составляющих основу солнечной пыли. Скорее всего, они сформировались в Солнечной системе, так как их изотопный состав совпадает с солнечным. На данный момент достаточно широко распространено мнение, что они попали в Солнечную систему до образования Солнца и являются результатом взрывов сверхновых.

Таким образом, зонд «Генезис», стоивший 264 миллиона долларов, был реабилитирован. Несмотря на его крушение, удалось провести все основные исследования, для которых он был спроектирован.