Nebular Hypoteesin mukaan aurinkokunnan uskotaan muodostuvan lisääntymisprosessin kautta. Pohjimmiltaan tämä alkoi, kun massiivinen pöly- ja kaasupilvi (tunnetaan myös nimellä Solar Nebula) kokenut gravitaation romahtamisen sen keskellä synnyttäen Auringon. Jäljelle jäänyt pöly ja kaasu muodostuivat sitten aurinkoa ympäröivään planeetanmuotoiseen kiekkoon, joka vähitellen yhdistyi planeettojen muodostamiseksi.
Paljon siitä prosessista, kuinka planeetat kehittyivät erottuviksi koostumuksissaan, on kuitenkin jäänyt mysteeri. Onneksi Bristolin yliopiston tutkijaryhmän uusi tutkimus on lähestynyt aihetta uudella näkökulmalla. Tutkimalla maapallonäytteiden ja meteoriittien yhdistelmää, he ovat heittäneet uutta valoa siihen, kuinka Maan ja Marsin kaltaiset planeetat muodostuivat ja kehittyivät.
Tutkimus, jonka otsikko on ”Magnesium-isotooppien todisteet siitä, että lisäyshöyry häviää muodostaa planeettayhdistelmiä”, ilmestyi äskettäin tieteellisessä lehdessä Nature. Bristolin yliopiston maataloustieteiden laitoksen vanhempi tutkija Remco C. Hinin johdolla joukkue vertasi näytteitä maapallon, Marsin ja asteroidi Vestan kallionäytteistä vertaillakseen magnesiumin isotooppien tasoja niissä.
Heidän tutkimuksensa yrittivät vastata siihen, mikä on ollut tiedeyhteisön viipyvä kysymys - eli ovatko planeetat muodostaneet nykymuodonsa vai ovatko ne hankkineet ominaiset koostumuksensa ajan myötä? Kuten tohtori Remco Hin selitti Bristolin yliopiston lehdistötiedotteessa:
"Olemme toimittaneet todisteita siitä, että tällainen tapahtumajakso tapahtui Maan ja Marsin muodostumisessa käyttämällä niiden magneettisen isotooppikoostumuksen tarkkoja mittauksia. Magnesium-isotooppisuhteet muuttuvat silikaattihöyryhäviön seurauksena, joka sisältää ensisijaisesti kevyempiä isotooppeja. Tällä tavalla arvioimme, että yli 40 prosenttia maan massasta hävisi sen rakentamisen aikana. Tämä cowboy-rakennustyö, kuten yksi tekijöistäni kuvasi sitä, oli vastuussa myös Maan ainutlaatuisen koostumuksen luomisesta.”
Sen hajottamiseksi lisäys koostuu materiaalin kohoumista, jotka törmäävät vierekkäisten kohoumien kanssa muodostaen suurempia esineitä. Tämä prosessi on hyvin kaoottinen, ja materiaali menetetään usein samoin kuin kerääntyy näiden suurten nopeuksien törmäysten aiheuttaman äärimmäisen lämmön vuoksi. Tämän lämmön uskotaan myös luoneen magman valtameriä planeetoille niiden muodostuessa, puhumattakaan höyrystyneiden kivien tilapäisistä ilmakehistä.
Kunnes planeetat muuttuivat suunnilleen samankokoisiksi kuin Mars, niiden painovoimavoima oli liian heikko pitämään kiinni näissä ilmakehissä. Ja kun lisääntyi törmäyksiä, näiden ilmakehän ja itse planeettojen koostumus muuttuisi olennaisesti. Tutkijoiden on toivottu käsittelevän, kuinka täsmälleen maanpäälliset planeetat - elohopea, Venus, maa ja Mars - saivat nykyiset, haihtuvat köyhät koostumuksensa ajan myötä.
Esimerkiksi jotkut uskovat, että planeettojen nykyiset koostumukset ovat seurausta tietyistä kaasu- ja pölyyhdistelmistä planeetan muodostumisen varhaisimmissa vaiheissa - jolloin maanpäälliset planeetat ovat rikkaita silikaatista / metallista, mutta haihtuvat köyhiä, koska elementtejä oli runsaimmin lähinnä aurinko. Toiset ovat väittäneet, että heidän nykyinen kokoonpanonsa on seurausta heidän väkivaltaisesta kasvusta ja törmäyksistä muiden elinten kanssa.
Valottaakseen tätä tohtori Hin ja hänen työtoverinsa analysoivat maapallonäytteitä sekä Marsin ja asteroidin Vesta meteoriitteja käyttämällä uutta analyyttistä lähestymistapaa. Tämä tekniikka pystyy saamaan tarkempia mittauksia magnesiumisotooppien suhteista kuin mikään aikaisempi menetelmä. Tämä menetelmä osoitti myös, että kaikilla erilaistuneilla kappaleilla - kuten Maalla, Marsilla ja Vestalla - on isotooppisesti raskaampia magnesiumkoostumuksia kuin chondriittisilla meteoriiteilla.
Tämän perusteella he pystyivät tekemään kolme johtopäätöstä. Yhden osalta he havaitsivat, että Maalla, Marsilla ja Vestalla on selkeät magnesiumisotooppien annokset, joita ei voida selittää aurinkokauden tiivistymisellä. Toiseksi he huomauttivat, että raskaiden magnesiumisotooppien tutkimus paljasti, että planeetat menettivät kaikissa tapauksissa noin 40% massastaan muodostumisjaksonsa aikana toistuvien höyrystymisjakson jälkeen.
Viimeiseksi he totesivat, että lisääntymisprosessi johtaa muihin kemiallisiin muutoksiin, jotka luovat Maan ainutlaatuiset kemialliset ominaisuudet. Lyhyesti sanottuna heidän tutkimuksensa osoitti, että Maalla, Marsilla ja Vestalla on huomattavia materiaalihäviöitä muodostumisen jälkeen, mikä tarkoittaa, että heidän ominaiset koostumuksensa olivat todennäköisesti törmäyksiä ajan myötä. Kuten tohtori Hin lisäsi:
”Tehtävämme muuttaa näkemyksiämme siitä, kuinka planeetat saavuttavat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuutensa. Vaikka aiemmin tiedettiin, että planeettojen rakentaminen on väkivaltainen prosessi ja että planeettojen, kuten maan, koostumukset ovat erillisiä, ei ollut selvää, että nämä piirteet olivat yhteydessä toisiinsa. Nyt osoitamme, että höyryhäviöillä planeettojen lisääntymisen suurien energian törmäysten aikana on voimakas vaikutus planeetan koostumukseen. "
Heidän tutkimuksensa osoitti myös, että tämä väkivaltainen muodostumisprosessi voi olla ominaista planeetoille yleensä. Nämä havainnot ovat merkittäviä paitsi aurinkokunnan muodostumisen kannalta, myös auringon ulkopuolisten planeettojen muodostumisessa. Kun on aika tutkia kaukaisia tähtijärjestelmiä, niiden planeettojen erottuvat koostumukset kertovat meille paljon olosuhteista, joista ne muodostuivat, ja miten ne ovat tulleet.
