Σπάνιο θραύσμα μετεωρίτη αποκαλύπτει ότι υπήρχε ακόμη ένας πλανήτης στο μέγεθος του Άρη

Σύνοψη

• Ο μετεωρίτης Northwest Africa (NWA) 12774 αποτελεί την πρώτη οριστική απόδειξη ύπαρξης ενός τεράστιου πρωτοπλανήτη που καταστράφηκε στο πρώιμο ηλιακό σύστημα.
• Ζυγίζει 500 γραμμάρια, ανακαλύφθηκε το 2019 στη Σαχάρα και ανήκει στους ανγκρίτες, που αποτελούν μόλις το 0,09% των μετεωριτών της Γης (68 από τους 80.000).
• Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κολοράντο διαπίστωσαν ότι οι κρύσταλλοι κλινοπυρόξενου στο εσωτερικό του σχηματίστηκαν υπό συντριπτική πίεση 17,5 kilobar.
• Η συγκεκριμένη πίεση υποδεικνύει ότι το μητρικό σώμα (Angrite Parent Body) είχε ακτίνα από 1.800 (μέγεθος Σελήνης) έως 3.300 χιλιόμετρα (σχεδόν μέγεθος Άρη).
• Η χημική του σύσταση, με ελάχιστο διοξείδιο του πυριτίου, ανατρέπει τα μέχρι τώρα δεδομένα για τη διαδικασία του σχηματισμού των πλανητών.

Πριν από 4,56 δισεκατομμύρια χρόνια, το ηλιακό μας σύστημα δεν θύμιζε στο ελάχιστο την οργανωμένη δομή που παρατηρούμε σήμερα. Επρόκειτο για ένα πεδίο χαοτικών και βίαιων συγκρούσεων, όπου πρωτοπλανήτες, αστεροειδείς και τεράστια νέφη σκόνης συγκρούονταν ακατάπαυστα και μέσα από αυτή τη διαδικασία γεννήθηκαν οι βραχώδεις πλανήτες, όπως η Γη και ο Άρης. 

Πρόσφατη έρευνα παρέχει αδιάσειστα στοιχεία για την ύπαρξη ενός ακόμη, τεράστιου πρωτοπλανήτη ο οποίος καταστράφηκε ολοσχερώς. Το μοναδικό ίχνος της ύπαρξης του που διασώθηκε, είναι ένα μικρό θραύσμα βάρους 500 γραμμαρίων.

Ο μετεωρίτης Northwest Africa (NWA) 12774 ανακαλύφθηκε το 2019 στην έρημο της Σαχάρας και αποτελείται από μια σκοτεινή μήτρα διάσπαρτη με μικρούς κρυστάλλους ολιβίνη, ενός εξαιρετικά κοινού ορυκτού που αποτελεί βασικό συστατικό του μανδύα της Γης. Ωστόσο, ο συγκεκριμένος μετεωρίτης ανήκει σε μια απίστευτα σπάνια κατηγορία πετρωμάτων.

Πώς ένα θραύσμα 500 γραμμαρίων αποδεικνύει την ύπαρξη χαμένου πρωτοπλανήτη;

Ο μετεωρίτης NWA 12774, ένας σπάνιος ανγκρίτης, περιέχει κρυστάλλους κλινοπυρόξενου πλούσιους σε αλουμίνιο. Η δημιουργία τους απαιτεί συνθήκες πίεσης άνω των 17,5 kilobar. Αυτό το δεδομένο αποκλείει την προέλευση από μικρούς αστεροειδείς και αποδεικνύει ότι το μητρικό σώμα ήταν ένας πρωτοπλανήτης με ακτίνα 1.800 έως 3.300 χιλιομέτρων, συγκρίσιμος σε μέγεθος με τη Σελήνη ή τον Άρη.

Οι ανγκρίτες θεωρούνται τα παλαιότερα γνωστά πυριγενή πετρώματα του ηλιακού συστήματος. Σχηματίστηκαν μόλις λίγα εκατομμύρια χρόνια μετά την αρχική συμπύκνωση των πρώτων στερεών σωμάτων στο ηλιακό νεφέλωμα, όταν το Σύμπαν βρισκόταν περίπου στα δύο τρίτα της σημερινής του ηλικίας. Το χαρακτηριστικό που καθιστά τους ανγκρίτες εξαιρετικά σημαντικούς για την πλανητική γεωλογία είναι η παράδοξη χημική τους σύσταση.

Σε αντίθεση με τη Γη, τον Άρη και τους υπόλοιπους βραχώδεις πλανήτες, οι ανγκρίτες περιέχουν απειροελάχιστες ποσότητες διοξειδίου του πυριτίου, το οποίο αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο των βραχωδών πλανητών. Λόγω αυτής της απουσίας, η επιστημονική κοινότητα θεωρούσε επί δεκαετίες ότι το μητρικό σώμα των ανγκριτών (Angrite Parent Body - APB) δεν θα μπορούσε να είναι πλανήτης, αλλά μάλλον ένας μεγάλος αστεροειδής, παρόμοιος με την Εστία (Vesta), με ακτίνα που δεν ξεπερνούσε τα 200 χιλιόμετρα.

Η εφαρμογή του γεωβαρομετρικού μοντέλου

Η ομάδα του Πανεπιστημίου του Κολοράντο στο Boulder προχώρησε σε εκτεταμένη ανάλυση του NWA 12774 χρησιμοποιώντας ανάλυση με ηλεκτρονικό μικροκαθετήρα και χαρτογράφηση ακτίνων Χ υψηλής ανάλυσης, με στόχο την ακριβή ανασύνθεση των συνθηκών κάτω από τις οποίες στερεοποιήθηκε το πέτρωμα.

Η ανάλυση αποκάλυψε ότι ο μετεωρίτης διέθετε κρυστάλλους κλινοπυρόξενου με ασυνήθιστα υψηλή περιεκτικότητα σε αλουμίνιο. Ο κλινοπυρόξενος είναι ένα ορυκτό που συναντάται ευρέως στον φλοιό και τον μανδύα της Γης. Ωστόσο, για να ενσωματωθεί τέτοια ποσότητα αλουμινίου στη δομή του, απαιτούνται ακραίες συνθήκες συμπίεσης, οι οποίες συναντώνται μόνο βαθιά στο εσωτερικό πλανητικών σωμάτων μεγάλης μάζας.

Μέσω ενός καινοτόμου γεωβαρομετρικού μοντέλου, οι ερευνητές υπολόγισαν ότι απαιτήθηκε πίεση τουλάχιστον 17,5 kilobar και για να γίνει κατανοητό το μέγεθος αυτού του αριθμού, αξίζει να σημειωθεί ότι η πίεση στο βαθύτερο σημείο των ωκεανών της Γης, στην Τάφρο των Μαριανών, φτάνει μόλις το 1 kilobar. Μια τέτοια γεωλογική πίεση είναι αδύνατον να αναπτυχθεί στο εσωτερικό ενός αστεροειδούς των 200 χιλιομέτρων, καθώς ο πυρήνας και ο μανδύας ενός τόσο μικρού σώματος στερούνται της απαραίτητης βαρύτητας για τη δημιουργία αντίστοιχων δυνάμεων συμπίεσης.

Το μέγεθος του πρωτοπλανήτη και η τελική του κατάρρευση

Βασιζόμενοι στους υπολογισμούς της πίεσης, στην εκτιμώμενη μάζα του πυρήνα και στην πυκνότητα του μανδύα, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το μητρικό σώμα των ανγκριτών είχε ελάχιστη ακτίνα 1.000 χιλιομέτρων. Ωστόσο, τα δεδομένα υποδεικνύουν ένα πολύ μεγαλύτερο σώμα.

Οι κρύσταλλοι στο εσωτερικό του NWA 12774 διατηρούν οξείες ακμές και ευαίσθητα χημικά μοτίβα. Εάν είχαν σχηματιστεί στα βαθύτερα στρώματα του πλανήτη, οι τεράστιες θερμοκρασίες και πιέσεις μακροπρόθεσμα θα είχαν "σβήσει" αυτά τα χαρακτηριστικά. Το γεγονός ότι διατηρήθηκαν άθικτα, υποδηλώνει ότι οι κρύσταλλοι προήλθαν από σχετικά ρηχά βάθη μιας τεράστιας δεξαμενής μάγματος. Κατά συνέπεια, το συνολικό μέγεθος του πλανήτη θα πρέπει να ήταν εξαιρετικά μεγάλο για να παράγει πίεση 17,5 kilobar σε ρηχό βάθος. Οι ανώτερες εκτιμήσεις κάνουν λόγο για ακτίνα 3.300 χιλιομέτρων, πλησιάζοντας το μέγεθος του σημερινού Άρη (3.390 χιλιόμετρα), ή τουλάχιστον τα 1.800 χιλιόμετρα, ξεπερνώντας το μέγεθος της Σελήνης.

Η ακριβής αιτία καταστροφής αυτού του ουράνιου σώματος παραμένει άγνωστη. Οι πιθανότητες συγκλίνουν σε μια κατακλυσμιαία σύγκρουση με άλλο πλανητικό έμβρυο ή στη βαρυτική διάλυση εξαιτίας της παρουσίας του γιγάντιου Δία στα πρώτα στάδια εξέλιξης του ηλιακού συστήματος. Τα θραύσματα από την καταστροφή του διασκορπίστηκαν στο Διάστημα, με ορισμένα εξ αυτών να καταλήγουν στη Γη εκατομμύρια χρόνια αργότερα.

Η έρευνα του CU Boulder δεν αναδιαμορφώνει απλώς την κατανόησή μας για την πρώιμη δομή της γειτονιάς μας, αλλά επιβεβαιώνει ότι υπάρχουν ξεχωριστά, ανεξάρτητα εξελικτικά μονοπάτια στη δημιουργία των πλανητών. Όπως τονίζει ο Aaron Bell, στα συρτάρια ερευνητικών κέντρων βρίσκονται εκατοντάδες μετεωρίτες που δεν έχουν αναλυθεί με σύγχρονο εξοπλισμό και κάθε μικρό θραύσμα ενδέχεται να κρύβει τα υπολείμματα ενός ακόμη χαμένου κόσμου.