До сих пор считалось, что Земля сформировалась в результате сложного космического смешивания. Метеориты, падающие на нашу планету, делятся на две большие группы: одни образовались ближе к Солнцу, другие — на окраинах Солнечной системы. Поскольку химический состав Земли занимает промежуточное положение между ними, ученые полагали, что в процессе образования она получила заметную долю вещества из внешних областей, вероятно, вместе с водой и летучими элементами. В некоторых моделях эта доля достигала десятков процентов, делая историю формирования Земли как планеты довольно «миграционной» и хаотичной.
Авторы нового исследования под руководством Паоло А. Сосси (Paolo A. Sossi) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха предложили более строгий и комплексный подход. Вместо анализа одного-двух изотопных показателей ученые сравнили сразу 10 различных изотопных систем — своеобразных «отпечатков» вещества, сформированных до появления планет. Дело в том, что изотопные аномалии позволяют проследить, из каких именно резервуаров протопланетного диска произошел материал.
Для этого исследователи сначала снизили размерность данных с помощью анализа главных компонент, а затем уточнили результаты, применив метод Байеса (статистический подход, позволяющий уточнить вероятность события, учитывая ранее известную информацию о нем). Подход позволил учесть погрешности изменений и увидеть общую картину распределения вещества в ранней Солнечной системе.
Выяснилось, что Земля идеально вписывается в линейный тренд, характерный для тел, сформировавшихся во внутренней области системы, таких как Марс и некоторые типы метеоритов. При этом тренд не пересекается с материалом из внешних областей.
Иными словами, химически портрет нашей планеты можно объяснить без привлечения вещества с окраин Солнечной системы. Расчеты также показали, что возможная доля внешнего материала крайне мала и составляет менее нескольких процентов, а в некоторых случаях — меньше одной десятой процента. Это существенно меньше прежних оценок.
Результаты исследования, представленного в журнале Nature Astronomy, также указали на однородность вещества, из которого формировалась Земля. Значит, планета либо накапливала материал с практически неизменным составом на протяжении миллионов лет, либо все различия в исходных компонентах были впоследствии «сглажены» при образовании ядра и мантии. В обоих случаях получается, что процесс формирования нашего мира был упорядоченнее, чем считалось.
Ученые также попытались заглянуть дальше и предсказать состав других планет. Их модель показала, что Венера и Меркурий должны иметь еще более экстремальные изотопные характеристики, отражающие распределение вещества в раннем протопланетном диске. Проверить эти выводы позволят будущие миссии, которые доставят образцы с этих миров.
Таким образом, новое исследование меняет саму логику планетообразования: вместо хаотичного смешивания вещества по всей Солнечной системе Земля могла сформироваться локально — из материала, который был рядом с ее орбитой с самого начала. Открытие упрощает модели рождения планет, а также по-новому ставит вопрос о происхождении воды и условий, сделавших наш мир пригодным для жизни.