Solsystemets kemiske fingeraftryk kan afsløre, hvorfor Jorden blev beboelig

Hvordan så Solsystemet ud, dengang Jorden blev dannet? Hvilke betingelser var på spil?

For at forsøge at svare på de spørgsmål har en international gruppe forskere som de første målt på den kemiske sammensætning af såkaldte kondruler – millimeterstore, glasagtige perler, der kan findes i meteoritter - som tidligere er meget præcist daterede af danske forskere.

Derfor ved de, at netop disse kemiske målinger stammer fra Solsystemets første 4 millioner år, hvilket vil sige Solsystemets barndom. Det var i denne periode, at planeter som Jorden og Mars blev til.

»Det er første gang, at man kigger på kronologien i Solsystemets kemiske udvikling, og det er ret interessant, for vi vil jo gerne vide, under hvilke forhold de jordlignende planeter er blevet dannet,« lyder det fra professor Anders Johansen, som har læst, men ikke deltaget i et nyt studie om resultaterne.

Snapshot fra planeternes dannelse

Med de nye resultater får vi en slags kemisk fingeraftryk for Solsystemets første år; en slags snapshot fra, da vores planeter blev dannet, forklarer Anders Johansen.

»Det er sådan lidt CSI-agtigt, tænker jeg. De finder indikationer på, lige nøjagtig hvilken kemi der var, da eksempelvis Mars blev dannet,« siger professoren, der selv står i spidsen for Institut for Astronomi og Teoretisk Fysik på Lund Universitet.

Jo mere, vi ved om vores eget solsystem, jo mere kan vi også begynde at forudsige dannelsen af andre solsystemer – og måske en dag lære at forstå, hvorfor Jorden blev beboelig, tilføjer han.

»Vi vil gerne forstå, om Jorden er typisk. Eller om der er sket noget specielt, der gør, at den er anderledes fra de andre planeter,« siger Anders Johansen.

\ Læs mere

Er Proxima b Jordens tvilling?

Kondruler er rester fra Solsystemets barndom

Kondruler er en god indgangsvinkel til det tidlige Solsystem, eftersom der var masser af dem i Solsystemets tidlige år. De blev dannet i den skive af gas og støv, der var om den nydannede sol, da støvpartiker – kosmiske nullermænd – blev opvarmet så meget, at de smeltede.

Vores planeter blev dannet i selvsamme skive, den såkaldte protoplanetariske skive, og nogle forskere mener faktisk, at kondrulerne var en afgørende faktor i denne dannelsesproces.

I dag findes kondruler kun i meteoritter og asteroider, der stammer fra de objekter, som dengang formåede at undgå de store sammenstød i forbindelse med denne dannelsesproces. Det er kondruler fra netop sådan to meteoritter, der er blevet analyseret i det nye studie.

»Kondrulerne er det første, det vil sige ældste, solide materiale, der blev dannet i vores solsystem. Vi ville gerne undersøge kemien af materialet for at finde ud, hvilken begivenhedskæde det gennemgik de første fire millioner år,« forklarer en af forfatterne på det nye studie, Frédéric Moynier, som er professor ved Afdelingen for Kosmokemi, Astrofysik og Eksperimentel geofysik på du Globe de Paris.

Viser kemisk udvikling over tid

Forskerne kan med andre ord bruge kondrulernes kemiske sammensætning – og, ikke mindst, ændringen i denne – til at sige noget om evolutionen og udviklingen af det unge Solsystem.

Resultaterne peger blandt andet på, at de flygtige grundstoffer ankom til det indre Solsystem forskudt af oxygen, som man ellers altid har troet ankom samtidig med netop disse flygtige stoffer. Hvis forskernes model er rigtig, kom oxygen, altså ilt, til det indre solsystem før de flygtige grundstoffer.

\ Læs mere

Denne sten er med til at omskrive Mars’ historie

De flygtige grundstoffer er ikke vand, men har samme opførsel som vand, forklarer den danske professor Martin Bizarro, som har stået for dele af analysearbejdet. Det er ikke muligt at måle direkte på vand, så derfor er de flygtige grundstoffer det tætteste på, vi kommer. Vand og oxygen er essentielle for, at liv, som vi kender det, kan opstå.

»Der sker en udvikling over tid i Solsystemets protoplanetariske skive, og den udvikling kan vi vise her. Det her er de første data på timingen af, hvornår de første flygtige grundstoffer kom til Solsystemet – og dermed potentielt vand,« siger Martin Bizarro, som er centerleder for Center for Stjerne- og Planetdannelse (STARPLAN), der hører under Statens Naturhistoriske Museum på Københavns Universitet.

Dateringen af kondrulerne blev foretaget i laboratoriet på STARPLAN i 2017.

Mars blev dannet før Jorden

Når man på den ene side har faste beviser for kondrulernes alder, og samtidig har nye data på deres kemiske sammensætning, kan man begynde at sammenholde den samlede pulje af ny viden med vores eksisterende viden om Solsystemets planeter.

Ligesom hvis man i forvejen havde resultatbladet bagerst i matematikbogen, men pludselig fik mulighed for at sammenholde det endelige resultat med udregningerne bag.

Det var netop, hvad forskerne gjorde. I det nye studie har de konkret sammenholdt deres viden om de kemiske betingelser på Mars – som efterhånden er ret god – og på Jorden med de nye resultater fra kondrulerne, som altså er en slags restmateriale, fra den tid hvor begge planeter blev dannet.

På den måde fik de bekræftet en formodning, man længe har haft, om at Mars blev dannet allerede omkring 1 million år efter Solen. Resultaterne peger desuden på, at det første materiale, som skulle ende med at blive til Jorden, også blev dannet inden for de første få millioner år - men dog senere end Mars.

»Vi finder, at oxygen-niveauet i de tidlige kondruler svarer nøjagtig til, hvad vi ved om betingelserne på Mars, hvor der er mere oxygen end på Jorden. Dernæst går oxygen-niveauet ned til det niveau, som Jorden har nu, og det bakker fint op om, at Jordens dannelse var forsinket i forhold til Mars,« siger Frédéric Moynier.

\ Læs mere

Jordens tvilling granskes for intelligent liv

»Det her er bare de første resultater«

Det nye studie, som er udgivet i tidsskriftet PNAS, er dog mest af alt et ’proof of concept’, hvis man spørger Martin Bizarro. Det vil sige forskning af en art, som beviser, at en særlig undersøgelse eller metode kan lade sig gøre – mere end at man skal lægge al for stor vægt på resultaterne i sig selv.

»Det er potentielt rigtig spændende, men det her er bare de første resultater. Vi viser mest af alt, at man kan undersøge det på den her måde, og der er i denne omgang kun tale om relativt få prøver og et begrænset datamateriale,« siger den danske professor.

Samme vurdering lyder fra en anden dansk forsker, som ikke har været involveret i den nye forskning.

»Jeg vil give Martin ret i, at det mest er et proof of concept,« siger geolog Rasmus Andreasen, som arbejder ved Institut for Geoscience på Aarhus Universitet og har læst det nye studie.

»Det er helt klart nogle interessante ideer, de bringer på banen, og hvis vi får nogle flere og bedre data og for eksempel kan genfinde, at vand og flygtige grundstoffer ikke behøver komme samme sted fra og på samme tid – ja, så åbner det for en ny tolkning for solsystemets begyndelse. Men der mangler lidt mere i det analytiske arbejde på nuværende tidspunkt,« tilføjer han.

Ikke en rygende pistol

I det nye studie har forskerne kun haft mulighed for at analysere to meteoritter med henholdsvis to og otte kondruler.

Ud af de to kondritter viste kun den ene, den med otte kondruler, sig at være velegnet til analysearbejdet, og forskerne kunne derudover kun finde en udvikling i grundstoffernes kemiske sammensætning, der matchede Mars og Jordens, for to af grundstofferne, nemlig mangan (Mn) og natrium (Na).

»Når man kigger på de andre grundstoffer, som burde følge samme trend, gør de det ikke. Derfor vil jeg ikke mene, at dataene på nuværende tidspunkt er solide nok til at ekskludere, at andre modeller ikke kan være rigtige,« siger Rasmus Andreasen og tilføjer:

»Det her er ikke nogen rygende pistol. Men det er lovende nok til at investere yderligere arbejde i, hvis du spørger mig.«

\ Læs mere

Exoplaneter gør os klogere på, om Solsystemet har en dobbeltgænger

\ Læs mere

Otte asteroider skal vise os, hvordan Solsystemet opstod