Гравитационный щит: как Юпитер неожиданно помог Земле получить «ингредиенты жизни»

Ученые из Университета Райса при поддержке НАСА обнаружили, что ранняя Земля получила ключевые для возникновения жизни элементы — фосфор и азот, из внутренних областей Солнечной системы, а не из внешних, как считалось ранее. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, также раскрывает новую неожиданную роль Юпитера, который своим гравитационным полем заблокировал перемещение этих веществ и тем самым определил химический состав будущей обитаемой планеты.

Более четырех с половиной миллиардов лет назад наше молодое Солнце было окружено лишь гигантским облаком газа и пыли. Из этого хаоса постепенно рождались первые твердые тела — планетезимали, хаотично сталкивавшиеся и слипавшиеся. Сегодня мы можем заглянуть в ту далекую эпоху благодаря метеоритам, которые падают на Землю. Особый интерес для ученых представляют два их типа. Железные метеориты — это обломки самых первых, древнейших планетезималей, сформировавшихся на заре системы. А хондриты это каменистые породы, возникшие из планетезималей второго поколения, которые образовались на несколько миллионов лет позже.

Чтобы понять, как наша планета стала пригодной для жизни, астробиологи пытаются выяснить, откуда на ней взялись шесть обязательных элементов, известных под аббревиатурой CHNOPS: углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера. Особенно важны два из них — азот и фосфор, входящие в состав ДНК, РНК и клеточных мембран. Долгое время в научной среде шли споры: были ли эти «кирпичики жизни» доставлены на молодую Землю из холодных внешних областей системы, например, богатыми органикой хондритами, или же они присутствовали во внутренних, околоземных регионах с самого начала.

Исследователи под руководством Радждипа Дасгупты и Дебджита Патака применили оригинальный подход. Вместо того чтобы изучать содержание азота и фосфора по отдельности, они сосредоточились на их соотношении в разных типах метеоритов. С помощью лабораторных экспериментов и геохимического моделирования они восстановили карту распределения этих элементов в ранней Солнечной системе.

Результат оказался неожиданным. У планетезималей первого поколения (предков железных метеоритов) соотношение фосфора к азоту было высоким на окраинах и низким в центре. А вот у тел второго поколения (предков хондритов) картина оказалась зеркально противоположной: повышенное содержание фосфора относительно азота наблюдалось именно во внутренней зоне, ближе к Солнцу.

Что же так резко изменило химический ландшафт системы за какие-то два-три миллиона лет? Ученые предполагают, что ключевую роль сыграл формирующийся Юпитер. Первое поколение планетезималей росло в еще относительно спокойной среде, где вещество могло свободно перемещаться. Однако появление газового гиганта, стремительно набиравшего массу, перевернуло всю динамику.

Мощная гравитация Юпитера стала своеобразным барьером, перекрывшим поток фосфор- и азотсодержащих материалов из внутренних областей системы во внешние. В итоге, когда начало формироваться второе поколение планетезималей, зона внутренней Солнечной системы (где позже родилась Земля) оказалась обогащена фосфором по сравнению с далекими окраинами.

Дальнейшее моделирование показало, что современный химический облик Земли, ее уникальное соотношение фосфора и азота, практически полностью воспроизводится при условии, что строительный материал для нее поставляли именно планетезимали из внутренних, а не внешних областей. Вклад далеких хондритов, если и был, то оказался незначительным.

В результате исследования ученые выяснили, что Земля получила необходимые для жизни азот и фосфор не из внешней Солнечной системы, как иногда предполагалось, а из ее внутренних регионов, причем решающим фактором, определившим это распределение, стал барьер в виде формирующегося Юпитера. Открытие не только переписывает историю происхождения жизненно важных элементов на нашей планете, но и ставит фундаментальный вопрос для поиска жизни во Вселенной: возможно ли возникновение обитаемого мира в планетной системе, где отсутствует массивная планета, подобная Юпитеру, способная так же радикально влиять на химический баланс?

Присоединяйтесь к нам в соцсетях