Zusammenfassung:
Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstanden Erde und Mars gemeinsam aus Gas- und Staubwolken, die die junge Sonne umkreisten. Eine neue Studie zeigt jedoch, dass die beiden Nachbarplaneten zwar im selben Sonnensystem entstanden sind, aber möglicherweise völlig unterschiedliche Wachstumsprozesse durchlaufen haben.
Diese von einem Forschungsteam der Universität Kopenhagen in Dänemark durchgeführte Studie ergab, dass Erde und Mars nicht durch den gleichen Anteil an Materialansammlungsmechanismen entstanden sind, sondern während des Wachstumsprozesses des Planeten auf unterschiedlichen „Rohstoffrezepten“ beruhten. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
Anders Johansen, einer der Leiter der Studie und Professor am Institut für Globale Studien der Universität Kopenhagen, sagte, das überraschendste Ergebnis sei, dass Erde und Mars offenbar unterschiedliche Entstehungsmodi angenommen hätten. Intuitiv sollten zwei Planeten, die im selben Sonnensystem und in angrenzenden Regionen entstanden sind, eine ähnlichere Wachstumsgeschichte aufweisen.
Gegenwärtig geht die Planetenforschung im Allgemeinen davon aus, dass Gesteinsplaneten hauptsächlich auf zwei Arten entstehen. Einer ist ein Prozess namens „Planetenkörperkollision“, bei dem große felsige Objekte weiterhin kollidieren und verschmelzen; die andere ist die „Kiesel-Akkretion“, bei der größere Objekte weiterhin eine große Anzahl kleinerer Partikel einfangen und allmählich wachsen. Viele Studien gehen davon aus, dass die tatsächliche Situation das Ergebnis einer Kombination zweier Mechanismen sein könnte.
Neue Forschungsergebnisse unterstützen dieses Hybridmodell, legen jedoch nahe, dass Erde und Mars deutlich unterschiedlich auf die beiden Mechanismen angewiesen sind.
Wang Haiyang, Erstautor der Studie und Assistenzprofessor an der Universität Kopenhagen, sagte, dass die Forschungsergebnisse zeigen, dass mindestens 75 % der Erdmasse von zwei jungen Protoplaneten stammen und dass diese Protoplaneten hauptsächlich durch die Ansammlung einer großen Anzahl winziger „Kiesel“-Partikel wachsen und wachsen. Planetesimale Kollisionen machen etwa 25 % der verbleibenden Masse der Erde aus.
Im Gegensatz dazu zeigt der Entstehungspfad des Mars einen fast entgegengesetzten Trend. Das Forschungsteam schätzt, dass etwa 75 % der Masse des Mars aus der Kollision und Verschmelzung planetesimaler Körper stammen, während der Beitrag der Kieselsteinansammlung nur etwa ein Viertel ausmacht.
Um die Entstehungsgeschichte vor Milliarden von Jahren zu rekonstruieren, verließ sich das Forschungsteam nicht auf traditionelle astrodynamische Simulationen, sondern suchte nach Hinweisen in den chemischen Signaturen, die Erde und Mars heute noch behalten.
Die Forscher konzentrierten sich auf die Analyse flüchtiger Elemente in der Kruste und im Mantel der beiden Planeten, darunter Natrium, Zink und Kalium. Diese Elemente verdampfen bei hohen Temperaturen leicht, sodass ihre aktuellen Werte die Erwärmungs- und Entwicklungsgeschichte des Planeten während seiner Entstehung widerspiegeln.
Das Team verglich diese chemischen Signaturen dann mit Computersimulationen, um zu testen, ob verschiedene Formationsmodelle die heute beobachtete Verteilung der Elemente reproduzieren können.
Johnson sagte, dass es sich bei dieser Arbeit im Wesentlichen um eine „kosmische Detektivuntersuchung“ über einen Zeitraum von 4,5 Milliarden Jahren handele. Obwohl die meisten ursprünglichen Beweise längst verschwunden sind, weist die chemische Zusammensetzung der Erd- und Marsmäntel immer noch Spuren ihrer Entstehung auf und kann als „Fingerabdrücke“ früher Evolutionsprozesse angesehen werden.
Die Forscher wiesen darauf hin, dass es im aktuellen Modell noch gewisse Unsicherheiten gibt, da die wissenschaftliche Gemeinschaft noch nicht die genaue Zusammensetzung aller ursprünglichen Materialien in den frühen Stadien der Entstehung des Sonnensystems kennt. Aber selbst wenn man sie unter unterschiedlichen Annahmen testet, deuten die Ergebnisse immer wieder auf die gleiche Schlussfolgerung hin: Erde und Mars haben wahrscheinlich unterschiedliche Wachstumspfade eingeschlagen.
Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass diese Entdeckung nicht nur dazu beiträgt, zu erklären, warum es große Unterschiede zwischen Planeten im Sonnensystem gibt, sondern auch eine wichtige Referenz für die Untersuchung von Gesteinsplaneten um andere Sterne darstellen könnte. Durch das Verständnis, wie unterschiedliche Entstehungsmechanismen die Struktur und Zusammensetzung der Planeten beeinflussen, können Wissenschaftler in Zukunft möglicherweise genauer bestimmen, welche Exoplaneten ein erdähnliches Evolutionspotenzial haben und ob sie über die Bedingungen verfügen, Leben zu ermöglichen.
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