בהתאם להיפותזה הערפילית, מעריכים כי מערכת השמש נוצרה בתהליך ההקרבה. בעיקרו של דבר, הדבר החל כאשר ענן מאסיבי של אבק וגז (המכונה ערפילית השמש) חווה התמוטטות כבידה במרכזו, והולידה את השמש. האבק והגז שנותרו נוצרו אז לדיסק פרוטפלנטרי סביב השמש, שהתאחד בהדרגה ליצירת כוכבי הלכת.
עם זאת, הרבה על התהליך של התפתחות כוכבי לכת להתבדל בקומפוזיציות שלהם נותר בגדר תעלומה. למרבה המזל, מחקר חדש של צוות חוקרים מאוניברסיטת בריסטול ניגש לנושא בפרספקטיבה רעננה. על ידי בחינת שילוב של דגימות כדור הארץ ומטאורות, הם שופכים אור חדש על איך כוכבי לכת כמו כדור הארץ ומאדים נוצרו והתפתחו.
המחקר, שכותרתו "הוכחת איזוטופ מגנזיום כי אובדן אדי Accretional מעצב קומפוזיציות פלנטריות", הופיע לאחרונה בכתב העת המדעי טבע. בראשותו של רמקו סי הין, עמית מחקר בכיר מבית הספר למדעי כדור הארץ באוניברסיטת בריסטול, השווה הצוות דגימות של סלע מכדור הארץ, מאדים ומהאסטרואיד וסטה כדי להשוות בין רמות האיזוטופים של המגנזיום שבתוכם.
המחקר שלהם ניסה לענות על מה שהיתה שאלה מתמשכת בקהילה המדעית - כלומר האם כוכבי הלכת יצרו כמו שהם היום, או שהם רכשו את היצירות הייחודיות שלהם לאורך זמן? כפי שהסביר ד"ר רמקו הין בהודעה לעיתונות מאוניברסיטת בריסטול:
"סיפקנו הוכחות לכך שרצף אירועים כזה התרחש בהיווצרות כדור הארץ ומאדים, תוך שימוש במדידות דיוק גבוה של קומפוזיציות האיזוטופ של המגנזיום שלהם. יחסי איזוטופ מגנזיום משתנים כתוצאה מאובדן אדי סיליקט, המכיל עדיפות את האיזוטופים הקלים יותר. בדרך זו הערכנו כי למעלה מ- 40 אחוז ממסת כדור הארץ אבדה במהלך בנייתו. משימת בניית הבוקרים הזו, כפי שתיאר אותה אחד מחברי שותפי, הייתה גם אחראית על יצירת הקומפוזיציה הייחודית של כדור הארץ.”
כדי לפרק אותה, ההתאמה מורכבת מגושי חומר המתנגשים עם גושים שכנים ליצירת חפצים גדולים יותר. תהליך זה הוא כאוטי מאוד, ולעיתים קרובות חומר הולך לאיבוד כמו גם מצטבר בגלל החום הקיצוני הנוצר כתוצאה מהתנגשויות במהירות גבוהה זו. על פי ההערכה, גם חום זה יצר אוקיינוסים של מגמה על כוכבי הלכת כפי שהתגבשו, שלא לדבר על אטמוספרות זמניות של סלע מאודה.
עד שכוכבי לכת נהיו בערך באותו גודל כמו מאדים, כוח המשיכה הכבתי שלהם היה חלש מכדי להחזיק אטמוספרות אלה. וככל שהתרחשו התנגשויות נוספות, הרכב האווירה הללו וכוכבי הלכת עצמם היו בעלי שינויים מהותיים. איך בדיוק הכוכבי הלכת היבשתיים - מרקורי, ונוס, כדור הארץ ומאדים - השיגו את הקומפוזיציות הנוכחיות והפכפכות-דלות שלהם לאורך זמן, זה מה שהמדענים קיוו לטפל בהם.
לדוגמה, יש הסבורים כי יצירות הפלנטה הנוכחיות הן תוצאה של שילובים מסוימים של גז ואבק בתקופות המוקדמות ביותר של היווצרות כוכב לכת - שם כוכבי לכת יבשתיים הם עשירים בסיליקט / מתכת, אך עניים הפכפכים, בגלל אילו אלמנטים היו הכי נפוצים הקרובים ביותר השמש. אחרים הציעו שההרכב הנוכחי שלהם הוא תוצאה של צמיחתם האלימה והתנגשות עם גופים אחרים.
כדי לשפוך אור על זה, ד"ר הין ומקורביו ניתחו דגימות של כדור הארץ, יחד עם מטאוריטים ממאדים ומהאסטרואיד וסטה באמצעות גישה אנליטית חדשה. טכניקה זו מסוגלת להשיג מדידות מדויקות יותר של מנות איזוטופ מגנזיום מכל שיטה קודמת. שיטה זו הראתה גם כי לכל הגופים המבדילים - כמו כדור הארץ, מאדים ווסטה - יש קומפוזיציות מגנזיום כבדות יותר מבחינה איזוטופית מאשר מטאוריטים קונדריטיים.
מכאן הם הצליחו להסיק שלוש מסקנות. ראשית, הם מצאו שכדור הארץ, מאדים ווסטה מכילים מנות איזוטופ מגנזיום מובחנות שלא ניתן היה להסביר באמצעות עיבוי מערפילית השמש. שנית, הם ציינו כי מחקר של איזוטופים מגנזיום כבד העלה כי בכל המקרים, כוכבי הלכת איבדו כ -40% אחוז מהמסה שלהם במהלך תקופת היווצרותם, בעקבות פרקים חוזרים ונשנים של אידוי.
לבסוף, הם קבעו כי תהליך ההקרדה מביא לשינויים כימיים אחרים המייצרים את המאפיינים הכימיים הייחודיים של כדור הארץ. בקצרה, המחקר שלהם הראה כי כדור הארץ, מאדים ווסטה כולם חווים אבדות משמעותיות של חומר לאחר היווצרות, מה שאומר שהקומפוזיציות המוזרות שלהם היו ככל הנראה תוצאה של התנגשויות לאורך זמן. כפי שהוסיף ד"ר הין:
"העבודה שלנו משנה את השקפותינו באשר לאופן שבו כוכבי הלכת משיגים את המאפיינים הפיזיים והכימיים שלהם. למרות שהיה ידוע בעבר שבניית כוכבי לכת היא תהליך אלים וכי קומפוזיציות של כוכבי לכת כמו כדור הארץ נבדלות, לא היה ברור שהתכונות הללו היו קשורות זו לזו. אנו מראים כעת כי לאובדן אדים במהלך התנגשויות האנרגיה הגבוהה של ההפרשה הפלנטרית יש השפעה עמוקה על הרכב כוכב הלכת. "
המחקר שלהם גם הצביע על כך שתהליך היווצרות אלים זה יכול להיות אופייני לכוכבי לכת בכלל. ממצאים אלה אינם משמעותיים רק כשמדובר ביצירת מערכת השמש, אלא גם בכוכבי לכת חוץ-סולאריים. כשמגיע הזמן לחקור מערכות כוכבים רחוקות, הקומפוזיציות הייחודיות של כוכבי הלכת שלהם יספרו לנו הרבה על התנאים מהם התגבשו וכיצד הם באו להיות.
