Хотя в каждом упавшем на Землю метеорите хранится ценная информация о происхождении нашей планетной системы, особый интерес для ученых представляют кальций-алюминиевые включения (CAIs) — самые первые твердые вещества в Солнечной системе.
Результаты научной работы, опубликованной в журнале Space Science Reviews, показали, что CAIs родились в протопланетном диске около 4,567 миллиарда лет назад и «сохранили» химические и изотопные сигнатуры древнейших процессов. В течение первых нескольких сотен тысяч-одного миллиона лет после их появления начали формироваться хондры — «зерна» или «строительные блоки» будущих миров, которые, по оценкам, составляют до 80% вещества примитивных метеоритов.
К такому выводу ученые под руководством Марии Шонбехлер (Maria Schönbächler) из Цюрихского университета (Швейцария) пришли, объединив результаты более ста научных работ, посвященных изотопному анализу примитивных хондритов и железных метеоритов. В метаанализ также вошли данные по нескольким сотням образцов, собранных за последние 20 лет. Столь масштабная выборка позволила выстроить хронологию первых миллионов лет существования Солнечной системы и уточнить, когда именно начали формироваться планетезимали — «зародыши» будущих планет — и их металлические ядра.
Оказалось, что процессы аккреции и дифференциации — объединения пылевых частиц и их плавления в крупные тела — начались менее чем через миллион лет после формирования первых включений (CAIs) и продолжались всего несколько миллионов лет. Особую роль в этом процессе сыграл короткоживущий радиоактивный изотоп алюминия-26, служивший источником внутреннего тепла для ранних планетезималей. Его равномерное распределение по протопланетному диску указало, что молодые тела прогревались и расплавлялись почти одновременно в разных областях — от будущей Земли до внешнего пояса астероидов.
Исследователи также подтвердили существование двух изотопных резервуаров вещества в ранней Солнечной системе — внутреннего (неуглеродистого, NC) и внешнего (углеродистого, СС). Первый включал более сухие, разогретые материалы, из которых сформировались Земля и Марс, а второй состоял из вещества, обогащенного летучими элементами, водой и органическими соединениями — предшественниками тел, подобных кометам и планетам-гигантам.
Обе области, судя по всему, существовали обособленно на протяжении нескольких миллионов лет, а их изоляцию, вероятно, обеспечил ранний Юпитер, чья гравитация создала «барьер», препятствующий перемешиванию вещества между внутренней и внешней зонами.
Анализ данных изотопного состава железных метеоритов — остатков металлических ядер древних планетезималей, разрушенных при столкновениях, показал, что разделение железа и силикатов происходило в первые один-три миллиона лет после рождения Солнечной системы. Это означает, что многие небесные тела прошли стадию плавления и сформировали ядра до того, как угасло радиоактивное тепло алюминия-26.
Выводы Шонбехлер и коллег совпадают с результатами моделирования, ранее выполненного учеными из Университета Райса (США): обе научные работы рисуют согласованную картину, в которой главным «архитектором» Солнечной системы стал Юпитер. Именно газовый гигант определил границы, из которых выросли внутренние каменистые миры и внешний пояс ледяных тел.
Авторы статьи отметили, что дальнейшее изучение изотопного состава редких метеоритов и образцов с астероидов, доставленных миссиями Хаябуса-2 и OSIRIS-REx, позволит уточнить, в какой именно части протопланетного диска зародилась Земля и ее соседи.