요약:
약 45억년 전, 지구와 화성은 어린 태양 주위를 공전하는 가스와 먼지 구름에서 함께 탄생했습니다. 그러나 새로운 연구에 따르면 두 개의 이웃 행성이 동일한 태양계에서 형성되었지만 완전히 다른 성장 과정을 겪었을 수 있습니다.
덴마크 코펜하겐 대학교 연구팀이 주도한 이번 연구에서는 지구와 화성이 동일한 비율의 물질 축적 메커니즘을 통해 형성되지 않고 행성의 성장 과정에서 서로 다른 '원료 조리법'에 의존했다고 제안했습니다. 연구 결과는 Nature Astronomy 저널에 게재되었습니다.
이 연구의 리더 중 한 명이자 코펜하겐 대학 글로벌 연구 연구소의 교수인 안데르스 요한센(Anders Johansen)은 가장 놀라운 발견은 지구와 화성이 서로 다른 형성 방식을 채택한 것 같다고 말했습니다. 직관적으로, 동일한 태양계와 인접한 지역에서 형성된 두 행성은 더 유사한 성장 역사를 가져야 합니다.
현재 행성 과학계에서는 일반적으로 암석 행성이 주로 두 가지 방식으로 형성된다고 믿고 있습니다. 하나는 큰 암석 물체가 계속 충돌하고 병합되는 "행성체 충돌"이라는 과정입니다. 다른 하나는 "조약돌 부착"으로, 더 큰 물체가 계속해서 많은 수의 작은 입자를 포착하고 점차적으로 성장합니다. 많은 연구에서는 실제 상황이 두 가지 메커니즘이 결합된 결과일 수 있다고 믿습니다.
새로운 연구는 이 하이브리드 모델을 뒷받침하지만 지구와 화성은 두 가지 메커니즘에 상당히 다르게 의존하고 있음을 시사합니다.
이 연구의 제1저자이자 코펜하겐 대학교 조교수인 왕 하이양(Wang Haiyang)은 연구 결과에 따르면 지구 질량의 최소 75%가 두 개의 젊은 원시행성에서 비롯되며 이러한 원시행성은 주로 수많은 작은 "조약돌" 입자를 부착함으로써 성장하고 성장한다는 것을 보여줍니다. 소행성 충돌은 지구 나머지 질량의 약 25%를 차지합니다.
반면 화성의 형성 경로는 거의 정반대의 경향을 보인다. 연구팀은 화성 질량의 약 75%가 소행성체의 충돌과 합병으로 인해 발생하는 반면, 자갈 강착의 기여는 약 4분의 1에 불과하다고 추정합니다.
수십억 년 전의 형성 역사를 재구성하기 위해 연구팀은 전통적인 천체 역학 시뮬레이션에 의존하지 않고 오늘날 지구와 화성이 갖고 있는 화학적 특징에서 단서를 찾았습니다.
연구원들은 나트륨, 아연, 칼륨을 포함하여 두 행성의 지각과 맨틀에 있는 휘발성 원소를 분석하는 데 중점을 두었습니다. 이러한 원소들은 고온에서 쉽게 증발하므로 현재 수준은 행성이 형성되는 동안 행성의 가열 및 진화 역사를 반영합니다.
그런 다음 팀은 이러한 화학적 특징을 컴퓨터 시뮬레이션과 비교하여 다양한 형성 모델이 오늘날 관찰되는 원소의 분포를 재현할 수 있는지 테스트했습니다.
존슨은 이 작업이 본질적으로 45억년에 걸친 '우주 탐정 조사'라고 말했습니다. 원래 증거의 대부분은 오래 전에 사라졌지만, 지구와 화성 맨틀의 화학적 구성은 여전히 그 형성의 흔적을 간직하고 있으며 초기 진화 과정의 "지문"으로 간주될 수 있습니다.
연구원들은 과학계가 아직 태양계 형성 초기 단계의 모든 원본 물질의 정확한 구성을 알지 못하기 때문에 현재 모델에는 여전히 일정한 불확실성이 있다고 지적했습니다. 그러나 서로 다른 가정으로 테스트하더라도 결과는 반복적으로 동일한 결론을 지적합니다. 지구와 화성은 서로 다른 성장 경로를 따랐을 가능성이 높습니다.
연구팀은 이번 발견이 태양계 행성들 사이에 큰 차이가 있는 이유를 설명하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 다른 별 주위의 암석 행성을 연구하는 데 중요한 참고 자료가 될 수 있다고 믿습니다. 다양한 형성 메커니즘이 행성의 구조와 구성을 어떻게 형성하는지 이해함으로써 과학자들은 미래에 어떤 외계 행성이 지구와 같은 진화 잠재력을 갖고 있는지, 그리고 생명을 지탱할 조건이 있는지 여부를 더 정확하게 결정할 수 있을 것입니다.
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