La Terre et Mars se sont formées à partir de la collision de grands corps constitués des matériaux du système solaire interne

L’équipe de recherche internationale a étudié la composition isotopique des planètes rocheuses du système solaire interne.

terre et Mars Il a été formé à partir d’une substance provenant en grande partie du système solaire interne ; Seul un petit pourcentage des éléments de base de ces deux planètes est apparu plus tard Jupiterorbite. Un groupe de chercheurs dirigé par le Dr Université de Munster (Allemagne) Ces résultats ont été publiés le 22 décembre 2021 dans la revue progrès scientifique. Ils fournissent la comparaison la plus complète de l’histoire de la composition isotopique de la Terre et de Mars et des matériaux de construction originaux du système solaire interne et externe. Une partie de ce matériau est encore présente aujourd’hui en grande partie inchangée dans les météorites. Les résultats de l’étude ont des conséquences de grande envergure pour notre compréhension du processus qui a formé les planètes Mercure, Planète VénusTerre et Mars. La théorie selon laquelle les quatre planètes rocheuses ont atteint leur taille actuelle en accumulant des galets de poussière de la taille d’un millimètre provenant du système solaire externe qui n’ont pas été propulsés.

Il y a environ 4,6 milliards d’années, aux premiers jours de notre système solaire, un disque de poussière et de gaz tournait autour du jeune soleil. Deux théories décrivent comment les planètes rocheuses intérieures se sont formées sur des millions d’années à partir de ce matériau de construction d’origine. Selon l’ancienne théorie, la poussière du système solaire interne s’est agglomérée en morceaux plus gros qui atteignent progressivement à peu près la taille de la lune. La collision de ces embryons planétaires a finalement abouti aux planètes intérieures Mercure, Vénus, Terre et Mars. Cependant, une théorie plus récente favorise un processus de croissance différent : de la poussière de taille millimétrique « gravier » qui a migré du système solaire externe vers le soleil. En chemin, ils se sont empilés sur les embryons planétaires du système solaire interne, et ils les ont progressivement agrandis jusqu’à leur taille actuelle.

Les quatre planètes telluriques : Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Crédit : NASA/Moon and Planetary Institute

Les deux théories sont basées sur des modèles théoriques et des simulations informatiques visant à reconstruire les conditions et la dynamique du système solaire primitif ; Les deux décrivent un chemin possible vers la formation des planètes. Mais lequel a raison ? Quel processus s’est réellement passé ? Pour répondre à ces questions, dans la présente étude, des chercheurs de l’Université de Münster (Allemagne), de l’Observatoire de la Côte d’Azur (France), du California Institute of Technology (USA), du Natural History Museum de Berlin (Allemagne) et l’Université libre de Berlin (Allemagne) a identifié ) La composition exacte des planètes rocheuses Terre et Mars.

« Nous voulions savoir si les éléments constitutifs de la Terre et de Mars provenaient du système solaire externe ou interne », explique le Dr Christoph Burckhardt de l’Université de Münster, premier auteur de l’étude. À cette fin, les isotopes de métaux rares tels que le titane, le zirconium et le molybdène trouvés en traces infimes dans les couches externes riches en silicate des deux planètes fournissent des indices importants. Les isotopes sont des types différents du même élément, qui ne diffèrent que par le poids de leurs noyaux atomiques.

Météorites pour référence

Les scientifiques supposent qu’au début du système solaire, ces isotopes et d’autres isotopes métalliques n’étaient pas répartis uniformément. Son abondance dépendait plutôt de la distance au soleil. Par conséquent, ils détiennent des informations précieuses sur l’origine des éléments constitutifs d’un corps particulier dans le système solaire primitif.

Comme référence pour l’inventaire isotopique original du système solaire externe et interne, les chercheurs ont utilisé deux types de météorites. Ces morceaux de roche ont généralement trouvé leur chemin vers la Terre à partir de la ceinture d’astéroïdes, la zone située entre les orbites de Mars et de Jupiter. Ils sont largement considérés comme des matériaux originaux depuis les débuts du système solaire. Alors que les soi-disant chondrites carbonées, qui peuvent contenir aussi peu que du carbone, sont originaires de l’extérieur de l’orbite de Jupiter et se sont ensuite déplacées dans la ceinture d’astéroïdes en raison de l’influence des géantes gazeuses en croissance, leurs cousines plus appauvries en carbone, les chondrites non carbonatées, sont vrais enfants du système.solarium intérieur.

La moraine d’éléphant de météorite martienne (EETA) 79001. Les scientifiques ont examiné ces météorites martiennes et d’autres dans l’étude. crédit NASA/JSC

La composition isotopique exacte des couches rocheuses les plus externes accessibles depuis la Terre et celles des deux types de météorites ont été étudiées depuis un certain temps ; Cependant, il n’y a pas eu d’analyses relativement complètes des roches martiennes. Dans leur étude actuelle, les chercheurs ont maintenant examiné des échantillons d’un total de 17 météorites martiennes, qui peuvent être attribuées à six types typiques de roche martienne. De plus, des scientifiques ont étudié pour la première fois l’abondance de trois isotopes métalliques différents.

Des échantillons de météorites martiennes ont d’abord été scannés et soumis à un traitement chimique complexe. Utilisation de l’assembleur multiple plasma Par spectrométrie de masse à l’Institut des sciences planétaires de l’université de Münster, les chercheurs ont ensuite pu détecter des traces d’isotopes de titane, de zirconium et de molybdène. Ils ont ensuite effectué des simulations informatiques pour calculer la proportion dans laquelle les matériaux de construction trouvés aujourd’hui doivent être combinés en chondrites carbonatées et non carboniques sur Terre et Mars afin de reproduire les structures mesurées. Ce faisant, ils ont considéré deux étapes différentes d’accumulation pour tenir compte de l’histoire différente des isotopes du titane et du zirconium ainsi que des isotopes du molybdène, respectivement. Contrairement au titane et au zirconium, le molybdène s’accumule principalement dans le noyau métallique de la planète. Les traces qui sont encore présentes aujourd’hui dans les couches externes riches en silicates ne peuvent être ajoutées qu’au cours de la dernière étape de la croissance de la planète.

Les découvertes des chercheurs montrent que les couches rocheuses externes de la Terre et de Mars ont peu de points communs avec les chondrites carbonées du système solaire externe. Ils ne représentent qu’environ quatre pour cent des éléments constitutifs d’origine des deux planètes. Le professeur Thorsten Klein de l’Université de Münster, qui est également directeur de l’Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire à Göttingen, déclare : « Par conséquent, nous ne pouvons pas confirmer cette théorie de la formation des planètes intérieures », ajoute-t-il.

Matériaux de construction manquants

Mais la composition de la Terre et de Mars ne correspond pas non plus à celle des chondrites non carbonées. Des simulations informatiques indiquent qu’un autre type de matériau de construction devrait également être utilisé. « La composition isotopique de ce troisième type de matériau de construction telle que déduite par nos simulations informatiques indique qu’il doit provenir de la région la plus interne du système solaire », explique Christoph Burckhardt. Étant donné que les objets proches du Soleil n’ont jamais été dispersés dans la ceinture d’astéroïdes, ce matériau a été presque complètement absorbé dans les planètes intérieures et ne se trouve donc pas dans les météorites. « Ce sont, pour ainsi dire, des ‘matériaux de construction manquants’ auxquels nous n’avons plus d’accès direct aujourd’hui », explique Thorsten Kleine.

La découverte soudaine ne change pas les résultats de l’étude de la théorie de la formation des planètes. Christoph Burckhardt conclut que « le fait que la Terre et Mars semblent contenir principalement des matériaux du système solaire interne est bien adapté à la formation de planètes à partir de collisions de grands corps dans le système solaire interne ».

Référence : « La formation des planètes terrestres à partir des matériaux perdus du système solaire intérieur » par Christoph Burckhardt, Fridolin Spitzer, Alessandro Morbidelli, Gerrit Bodd, Jan H. Rinder, Thomas S. Kroyer et Thorsten Klein, 22 décembre 2021 Disponible ici progrès scientifique.
DOI : 10.1126 / sciadv.abj7601