26 små sten rusker op i ideer om Solsystemets historie

Hvordan blev Jorden skabt? Og Månen og resten af vores solsystem? Hvor kom byggestenene fra?

Det er alt sammen store og svære spørgsmål!

Hvis man stiller dem til forskere fra Statens Naturhistoriske Museum, kan de finde svar i små sten, som kommer fra rummet og er faldet ned på Jorden.

I et nyt studie i det videnskabelige tidsskrift Nature har forskerne gransket 26 meteoritter. Ud fra grundige analyser af de 26 rumsten kan de udlede en ny teori om skabelsen af Jorden og resten af Solsystemet.

»Vores resultater fortæller os om den tidligste udvikling af planeterne i vores solsystem. Vi kan se, at planeterne voksede hurtigt, sandsynligvis ved at en masse grus og småsten samlede sig og voksede sig større,« fortæller Martin Schiller, som er adjunkt ved Statens Naturhistoriske Museum under Københavns Universitet, og førsteforfatter på det nye studie.

Den nye danskudviklede teori strider på flere punkter med eksisterende teorier om dannelsen af vores solsystem, og den får både ris og ros med på vejen fra internationale forskere.

En skive af støv og gas

Generelt er forskere enige om, at vores solsystem i sin helt spæde start for 4,6 milliarder år siden bestod af en kæmpe sky af gas og støv, kaldet en protoplanetarisk skive.

Støv- og gasskiven cirklede omkring en tidlig udgave af Solen, men der var endnu ingen planeter eller andre større himmellegemer – kun støv og gas.

Med tiden opstod der imidlertid mindre objekter, som senere kunne blive til asteroider og planeter – disse uudviklede planetfostre bliver ofte kaldt for proto-planeter.

Men hvordan blev proto-planeterne skabt?

Et forklaringsproblem

En model, som tidligere har været frembragt af blandt andet forskere fra Statens Naturhistoriske Museum, siger, at proto-planeter oprindeligt tog form, fordi grus og småsten (på engelsk pebbles) fra det ydre Solsystem strømmede ind mod midten af Solsystemet.

Visse steder samlede grus og småsten sig, materialet klumpede sammen, og efterhånden som mere og mere kom til, blev de spæde proto-planeter undfanget.

Hidtil har modellen imidlertid haft et forklaringsproblem.

For hvis alle klippeplaneter og asteroider oprindeligt blev skabt af den samme strøm af grus og småsten, hvorfor har Mars, Jorden og alle asteroider så ikke en identisk, kemisk sammensætning?

Tidspunkt har betydning

Dette forklaringsproblem leverer det nye studie et muligt svar på. Forklaringen lyder kort fortalt, at planeterne opvoksede over forskellige tidsperioder.

»Igennem levetiden for den protoplanetariske skive blev der konstant tilført ’grus’ fra det ydre solsystem. Så hvis man ser på, hvad det midterste af skiven består af, ændrer det sig løbende, efterhånden som nyt materiale kommer til udefra,« siger Martin Schiller og tilføjer:

»Derfor har himmellegemer en forskellig sammensætning alt efter i hvilken tidsperiode, de er opvokset i.«

Med andre ord mener forskerne, at byggematerialet til protoplaneter og asteroider løbende ændrede sig gennem tiden, efterhånden som det blev blandet med nyt ’grus’ fra det ydre solsystem.

Dermed har klippeplaneten Mars og klippeplaneten Jorden for eksempel ikke den samme sammensætning; de to planeters ’fostre’ voksede simpelthen over forskellige tidsperioder, hvor forskelligt byggemateriale var tilgængeligt, lyder logikken.

Uortodoks vækst af planeter

I en kommentar til det nye studie påpeger den italienske astronom Alessandro Morbidelli, at de danske forskere med deres nye ideer »afviser konventionelle teorier om, at himmellegemer af forskellig masse (vægt) voksede med forskellig hastighed igennem den protoplanetariske skives levetid.«

»I stedet foreslår forskerne, at alle himmellegemer voksede med samme hastighed, men stoppede med at vokse på forskellige tidspunkter: mindre himmellegemer (som Mars, red.) stoppede deres tilvækst tidligere end store himmellegemer (som Jorden, red.),« skriver astronomen Alessandro Morbidelli fra Observatoire de la Côte d’Azur, Frankrig, i en kommentar til studiet i Nature.

»Dette uortodokse syn på vækst er faktisk understøttet af en række simulationer,« tilføjer han og henviser til et amerikansk studie.

Analyse af kalcium

Men hvordan i alverden kan de danske forskere drage den slags konklusioner om, hvordan vores planet er opvokset blot ved at undersøge 26 meteoritter?

Forskerne har valgt at analysere meteoritter, hvis oprindelige hjemsted er kendt. Inden meteoritterne faldt ned på Jorden, har de oprindeligt været en del af Mars, Månen eller asteroiden Vesta. (I denne artikel kan du læse om, hvordan forskerne ved, hvor meteoritter stammer fra).

Forskerne har også analyseret klippestykker fra Jorden samt meteoritter af typen angriter og ureiliter.

I deres analyse af meteoritterne har forskerne særligt fokuseret på klippernes indhold af grundstoffet kalcium.

Kalcium sladrer om planetens vægt

Kalcium findes i flere udgaver (også kaldet isotoper), herunder kalcium 48 og kalcium 44.

Blandingsforholdet mellem disse to typer af kalciumisotoper er forskelligt alt afhængig af, hvilken planet eller asteroide meteoritten oprindeligt stammer fra. Kalciumisotop-sammensætningen er således en slags fingeraftryk for hver enkelt hjemsted for meteoritterne.

Dette er der sådan set ikke nyt. Men det nye er, at forskerne finder en sammenhæng mellem meteoritternes kalciumisotop-sammensætningen og størrelsen (massen) på deres oprindelige hjemplanet eller hjem-asteroide.

»Vi finder en korrelation (sammenhæng, red.) mellem størrelsen af planeter og asteroider og deres isotopforhold for kalcium. Det er helt nyt,« fortæller professor Martin Bizzarro, som er leder af Center for Stjerne- og Planetdannelse ved Statens Naturhistoriske Museum og medforfatter på det nye studie.

Hvis forskernes fund holder vand, kan sammensætningen af kalciumisotoper i en meteorit altså sladre om, hvor meget meteorittens oprindelige hjemsted (planet eller asteroide) vejer.

Skepsis fra forsker

Spørger man den amerikanske meteoritforsker Edward Scott, er han imidlertid ikke helt overbevist om, at det vitterligt hænger sådan sammen.

»Personligt er jeg en smule skeptisk over for om denne korrelation holder vand. Men heldigvis kan det testes med nye analyser af andre meteoritter,« siger Edward Scott, som er professor emeritus ved Hawaii Institute of Geophysics and Planetology under University of Hawaii til Videnskab.dk.

Han mener dog, at de danske forskere udnytter deres resultater til at frembringe nogle »interessante nye ideer om dannelsen af planeter,« herunder at en del af byggematerialet til klippeplaneter kom fra det ydre solsystem.

»De mener, at det indre solsystem gradvist blev forurenet med materiale fra det ydre solsystem igennem den fem millioner år lange levetid for den protoplanetariske disk,« påpeger Edward Scott med en vis skepsis.

Konstant strøm af grus?

Den italienske astronom Alessandro Morbidelli understreger også, at ideen om en konstant strøm af grus fra det ydre til det indre solsystem - igennem hele den protoplanetariske disks levetid – går stik imod resultaterne fra to andre nylige studier (dette og dette).

»Disse studier konkluderer, at strømmen af ‘grus’ fra den ydre del af disken blev stoppet i de første millioner år af diskens levetid, fordi Jupiter blev formet,« skriver Alessandro Morbidelli i sin kommentar til studiet.

Ud over at komme med nye ideer om grus fra det ydre solsystem og planeters tidligste opvækst, dumper det nye studie også ned i en længerevarende debat om, hvordan Månen blev skabt.

Et gigantisk sammenstød

En populær teori om Månens dannelse er det såkaldte ’Gigantiske sammenstød’ (Giant Impact theory). Teorien siger kort fortalt, at Jorden i sin tidlige barndom blev ramt af et andet himmellegeme. Ved sammenstødet blev klippestykker blæst væk fra Jorden. Nogle af klippestykkerne gik i kredsløb om Jorden, samlede sig og endte med at blive til Månen.

Teorien blev første gang fremsat i 1970’erne, men den har i de senere år mødt en del kritik.

»En af de store problemer ved teorien har været, at Jorden og Månen er meget ens, når man ser på deres isotop-sammensætning. Det ville man ikke forvente, hvis de var blevet ramt af et andet himmellegeme,« siger Martin Schiller.

Støtte til berømt måne-teori

Problemet er ifølge Martin Schiller, at man ville forvente, at finde materiale fra himmellegemet (impactor), som ramte Jorden – særligt på Månens skorpe. Og i så fald burde Månens skorpe altså adskille sig fra Jorden, forklarer Schiller.

»Normalt siger man, at der kun er en ekstremt lille chance for, at impactor-himmellegemet ville have den samme isotopsammensætning som Jorden. Statistisk set er det ikke særlig sandsynligt. Men vores studie viser, at hvis Jorden og impactor voksede op på samme tid, så er det slet ikke særlig overraskende, at de havde den samme isotopsammensætning,« siger Martin Schiller.

Med andre ord kommer studiet med en håndsrækning til teorien, at Månen opstod ved et gigantisk sammenstød. En af hjernerne bag teorien, William Hartmann, som fremsatte teorien med sin kollega i 1975, skriver da også til Videnskab.dk, at han synes de danske forskere har en »interessant tilgang« til debatten om Månens oprindelse.

Han påpeger dog også, at der kan være andre mulige forklaringer på, hvorfor Månen og Jorden er så ens og henviser til et studie, han skrev i 2014.