En rekke steiner fra rommet, inkludert disse to Mars-meteorittene fra Statens Naturhistoriske Museum i København, er hovedpersoner i en ny studie som kan fortelle mer om hvordan planeter blir til.  (Foto: Martin Schiller)
En rekke steiner fra rommet, inkludert disse to Mars-meteorittene fra Statens Naturhistoriske Museum i København, er hovedpersoner i en ny studie som kan fortelle mer om hvordan planeter blir til. (Foto: Martin Schiller)

26 små steiner kan gi svar på solsystemets mysterier

Danske forskere har analysert kalsiuminnholdet i 26 små steiner fra verdensrommet. Funnene kan ha betydning for forståelsen av solsystemets historie.

Publisert

Hvordan ble jorda skapt? Og månen og resten av solsystemet? Hvor kom byggesteinene fra?

Dette er store og vanskelige spørsmål.

Hvis man stiller dem til forskere fra Statens Naturhistoriske Museum i Danmark, kan de finne svar i små steiner som har falt ned på jorden.

I en ny studie i det vitenskapelige tidsskriftet Nature har forskerne gransket 26 meteoritter. Ut fra grundige analyser av de 26 romsteinene har de ny kunnskap om hvordan jorden og resten av solsystemet ble til.

– Resultatene våre forteller om den tidligste utviklingen av planetene i solsystemet. Vi kan se at planetene vokste raskt, sannsynligvis ved at masse grus og småstein samlet seg og vokste seg større, forteller Martin Schiller, som er forsker ved Statens Naturhistoriske Museum under Københavns Universitet og hovedforskeren bak den nye studien.

De nye oppdagelsene strider mot flere eksisterende teorier.

En skive av støv og gass

Forskerne er enige om at solsystemet, i sin helt spede begynnelse for 4,6 milliarder år siden, bestod av en enorm sky av gass og støv, en såkalt protoplanetarisk skive.

Den sirklet omkring en tidlig utgave av solen, men det var fortsatt ingen planeter eller andre større himmellegemer – bare støv og gass.

Med tiden oppsto det imidlertid objekter som blir kalt protoplaneter.

Men hvordan ble de skapt?

Et forklaringsproblem

I midten av solsystemet vårt er solen. Tettest på solen finnes i dag fire steinplaneter – Merkur, Venus, jorden og Mars. Deretter kommer asteroidebeltet, og lenger ute finnes de store gassplanetene. Den nye studien foreslår at steinplaneter og asteroider opprinnelig oppsto fordi grus og småstein samlet seg og vokste seg stadig større. (Illustrasjon: NASA/Smith/Generosa)
I midten av solsystemet vårt er solen. Tettest på solen finnes i dag fire steinplaneter – Merkur, Venus, jorden og Mars. Deretter kommer asteroidebeltet, og lenger ute finnes de store gassplanetene. Den nye studien foreslår at steinplaneter og asteroider opprinnelig oppsto fordi grus og småstein samlet seg og vokste seg stadig større. (Illustrasjon: NASA/Smith/Generosa)

En teori som tidligere har blitt frembrakt av blant andre forskere fra Statens Naturhistoriske Museum, går ut på at protoplaneter opprinnelig tok form fordi grus og småstein fra det ytre solsystemet strømmet inn mot midten.

Visse steder samlet grus og småsteiner seg, materialet klumpet seg sammen, og etter hvert som mer og mer kom til, ble de små protoplanetene unnfanget.

Men denne modellen har hatt et forklaringsproblem.

For hvis alle steinplaneter og asteroider opprinnelig ble skapt av den samme strømmen av grus og småsteiner, hvorfor har ikke Mars, jorden og alle asteroider en identisk kjemisk sammensetning?

Tidspunkt har betydning

Dette forklaringsproblemet leverer den nye studien et mulig svar på: Planetene vokste i ulike perioder.

– Den protoplanetariske skiven ble hele tiden tilført «grus» fra det ytre solsystemet. Så sammensetningen endrer seg etter som nytt materiale kommer til, sier Martin Schiller.

– Derfor har himmellegemer en ulik sammensetning, alt etter i hvilken tidsperiode de har vokst fram.

Dermed har ikke steinplaneten Mars og steinplaneten jorden den samme sammensetningen; de to planetene vokste i perioder der bygningsmaterialet var ulikt.

Uortodoks vekst av planeter

Den italienske astronomen Alessandro Morbidelli påpeker at de danske forskernes nye ideer «avviser konvensjonelle teorier om at himmellegemer med ulik masse vokste med ulik fart gjennom den protoplanetariske skivens levetid.»

– I stedet foreslår forskerne at alle himmellegemer vokste med samme fart, men sluttet å vokse på ulike tidspunkt: mindre himmellegemer (som Mars, red.) avsluttet veksten tidligere enn store himmellegemer (som jorden, red.), skriver Morbidelli, som arbeider ved Observatoire de la Côte D’azur i Frankrike, i en kommentar.

– Dette uortodokse synet på vekst er faktisk støttet av en rekke simuleringer, legger han til. 

Analyse av kalsium

Men hvordan kan de danske forskerne trekke slike konklusjoner bare ved å undersøke 26 små steiner?

Forskerne har valgt å analysere meteoritter med et kjent opphav. Før meteorittene falt ned på jorden, har de vært en del av Mars, månen eller asteroiden Vesta.

I denne artikkelen kan du lese om hvordan forskerne vet hvor meteoritter stammer fra.

Forskerne har også analysert fragmenter fra jorden samt meteoritter av typen angritter og ureilitter.

Forskerne har særlig fokusert på innhold av grunnstoffet kalsium.

Kalsium forteller om planetens vekt

Kalsium finnes i flere utgaver, også kalt isotoper, som kalsium 48 og kalsium 44.

Blandingsforholdet mellom disse to typene av kalsiumisotoper varierer ut fra hvilken planet eller asteroide meteoritten stammer fra. Kalsiumisotop-sammensetningen er altså et slags fingeravtrykk for hvert enkelt hjemsted.

Dette er ikke nytt. Det nye er at forskerne finner en sammenheng mellom fingeravtrykket og massen på himmellegemet meteoritten stammer fra.

– Vi finner en korrelasjon mellom størrelsen på himmellegemet og isotopforholdene for kalsium. Det er helt nytt, forteller professor Martin Bizzarro, som er leder av Center for Stjerne- og Planetdannelse ved Statens Naturhistoriske Museum i Danmark og en av forskerne bak den nye studien.

Hvis forskernes funn holder vann, kan kalsiumisotoper altså gi forskerne hint om massen til meteorittens opprinnelige hjemsted.  

Skepsis fra forsker

Den amerikanske meteorittforskeren Edward Scott er imidlertid ikke helt overbevist.

– Personlig er jeg litt skeptisk. Men heldigvis kan dette testes med nye analyser av andre meteoritter, sier Scott, som er professor emeritus ved Hawaii Institute of Geophysics and Planetology under University of Hawaii.

Han mener de danske forskerne har «interessante nye ideer om dannelsen av planeter».

– De mener at det indre solsystemet gradvis ble tilført materiale fra det ytre solsystemet gjennom den fem millioner år lange levetiden for den protoplanetariske skiven, påpeker Scott.

Alessandro Morbidelli understreker at ideen om en strøm av grus fra det ytre solsystemet er i strid med to andre nye studier.

– Disse studiene konkluderer at strømmen av «grus» fra den ytre delen av skiven ble stoppet i løpet av en million år fordi Jupiter ble formet», skriver Morbidelli.

Den nye studien går også rett inn i en langvarig debatt om hvordan månen ble skapt.

Et gigantisk sammenstøt

Den nye studien støtter en teori om at månen ble skapt ved et gigantisk sammenstøt mellom jorden og et annet himmellegeme. (Illustrasjon: NASA/JPL/Calltech)
Den nye studien støtter en teori om at månen ble skapt ved et gigantisk sammenstøt mellom jorden og et annet himmellegeme. (Illustrasjon: NASA/JPL/Calltech)

En populær teori går ut på at månen ble dannet i et «gigantisk sammenstøt» (Giant Impact theory). Ifølge denne teorien ble jorden i sin tidlige barndom truffet av et annet himmellegeme. Ved sammenstøtet ble store mengder materiale blåst vekk fra jorden. Noe av dette gikk i bane rundt jorden, samlet seg og endte opp som månen.

Teorien ble første gang fremsatt på 1970-tallet, men den har møtt en del kritikk de siste årene.

– Et av de store problemene ved teorien har vært at jorden og månen er veldig like når man ser på isotopsammensetningen. Det ville man ikke forventet hvis de hadde blitt truffet av et annet himmellegeme, sier Martin Schiller.

Støtte til berømt måneteori

Problemet er ifølge Schiller at man ville forvente å finne materiale fra himmellegemet som traff jorden – særlig på månens skorpe. Og i så fall burde månens skorpe skille seg fra jorden, forklarer Schiller.

– Normalt sier man at det bare er en ekstremt liten sjanse for at impactor-himmellegemet ville ha den samme isotopsammensetningen som jorden. Statistisk sett er det ikke spesielt sannsynlig. Men studien vår viser at hvis jorden og impactor vokste opp samtidig, så er det slett ikke særlig overraskende at de hadde den samme isotopsammensetningen, sier Schiller.

Med andre ord kommer studien med en håndsrekning til teorien at månen oppsto ved et gigantisk sammenstøt. En av hjernene bak teorien, William Hartmann, som fremsatte teorien med en kollega i 1975, skriver også til videnskab.dk at han synes de danske forskerne har en «interessant tilnærming» til debatten om månens opprinnelse.

Han påpeker imidlertid også at det kan være andre mulige forklaringer på hvorfor månen og jorden er så like og henviser til en studie han publiserte i 2014.

Referanser:

M. Schiller mfl: «Isotopic evolution of the protoplanetary disk and the building blocks of Earth and the Moon», 2018, Nature Sammendrag

A. Morbidelli: «Calcium signals in planetary embryos», News and Viewsarticle, Nature, 2018 Sammendrag

A. Johansen mfl: «Growth of asteroids, planetary embryos, and Kuiper belt objects by chondrule accretion», Science Advances, 2015

H.F. Levison mfl: «Growing the gas-giant planets by the gradual accumulation of pebbles», Nature 2015, doi:10.1038/nature14675 Sammendrag

T.S. Kruijer mfl: «Age of Jupiter inferred from the distinct genetics and formation times of meteorites», PNAS, 2017, doi: 10.1073/pnas.1704461114

A. Morbidelli mfl: «Fossilized condensation lines in the Solar System protoplanetary disk», Icarus, 2017 doi.org/10.1016/j.icarus.2015.11.027 

W.K. Hartmann: «The giant impact hypothesis: past, present (and future?)», Philippohical Transactions of the Royal Society A, 2014, DOI: 10.1098/rsta.2013.0249

W.K. Hartmann og D.R.Davis: «Satellite-sized planetesimals and lunar origin», Icarus, 1975, doi.org/10.1016/0019-1035(75)90070-6 Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.