Велике мистерије универзума често се врте око далеких, невидљивих појава. Научници се загонеткају над необјашњивим рафалима радио таласа, неухватљивом природом гравитације и да ли тамна енергија прожима космос. Али друге енигме се могу наћи у нашем кутку галаксије, гледајући нас право у лице - као што је Земља постала планета каква је данас.
Ово питање и даље фасцинира истраживаче који раде како би схватили како се формирала Земља и зашто је тако погодна за живот у домаћинству. Могло би се и другачије испоставити - само погледајте најближег сусједа и готово близанца, Венеру, која нема течне воде и чија је површина блистава 870 степени Фаренхеита. "Венера и Земља су крајњи случај контроле", каже Суе Смрекар из НАСА-ине лабораторије за млазни погон. "Ми у потпуности не разумемо како је Земља завршила тако усељива, а Венера тако ненасељена."
То је помало изненађујуће, имајући у виду да је Земља далеко најбоље проучена планета у свемиру. Али геолошки процеси попут тектонике плоча стално рециклирају доказе прошлости, а велики део критичних информација о саставу Земље крије се у њеним огромним, неприступачним дубинама. „Покушавате да разумете планету коју можете да узоркујете само на површини“, каже Џејмс Бадро, геофизичар са Института за физику Земље у Паризу. Иако су научници прикупили много знања из проучавања тла испод наших ногу, целокупна прича о изградњи и еволуцији Земље остаје непозната.
Тако су се истраживачи обратили небу за помоћ. Проучавали су друге звездане системе у потрази за траговима, и тражили су Земљине грађевне блокове међу детритовима Сунчевог система. Садржај планираних и предложених свемирских мисија могао би помоћи научницима да попуне више делова који недостају.
Од проучавања нових аспеката протопланетарних тела до пробијања одакле долазе и како су се они помешали, истраживачи се надају да ће успети да уклоне процесе планетарне формације која је створила Земљу. За многе је то толико филозофска потрага колико и научна. „То је питање нашег порекла“, каже Бадро.
Утисак уметника о предложеној мисији Псицхе-у, астероиду за који се мисли да је у потпуности метал. (НАСА / ЈПЛ-Цалтецх) Сада се већина истраживача слаже са општом историјом нашег Сунчевог система. Започело је пре 4, 6 милијарди година, када се огромни облак гаса и прашине који лебде у свемиру срушио се на себе, можда покренут ударним таласом оближње супернове. Спљоштени облак затим се умотао у врти диск из кога је - око 100 милиона година касније - наш Сунчев систем изронио у мање-више тренутном стању: сунце окружено са осам планета и безброј мањих тела разасутих широм.
Међутим, фини детаљи о томе како се формирао наш космички крај остају спорни. На пример, научници и даље расправљају од чега су направљене планете. „Знамо како изгледа колач“, каже Линди Елкинс-Тантон са Аризона Стате Университи, „али волели бисмо знати како изгледају и сви ти појединачни састојци“, каже она.
Научници сматрају да су земаљске планете расле срушавањем мањих планетесимала - предмета пречника неколико десетина километара који су се накупљали од протопланетарне прашине. Али састав и структуру ових планетесимала тешко је одредити. Проучавање наше колекције метеорита - фрагмената астероида који су пали на Земљу - је добро место за почетак, каже Францис Ниммо, планетарни научник са Калифорнијског Универзитета у Санта Црузу. Али није довољно.
То је зато што не морамо нужно да имамо узорке свега што је отишло на планете - неке компоненте можда недостају или уопште не постоје. Неки метеорити изгледају пристојно за Земљу, али научници не могу смислити ни једну комбинацију метеорита који у потпуности објашњава хемијски састав Земље. „Ово је некако непријатно, јер значи да ми заиста не знамо како се Земља саставила“, каже Ниммо.
Елкинс-Тантон се нада да би предложена будућа мисија - један од пет финалиста НАСА-иног програма Дисцовери - могла бити од помоћи. Пројекат, који предводи Елкинс-Тантон, послао би беспилотну свемирску летелицу да посети објекат зван Псицхе, који седи у појасу астероида између Марса и Јупитера. Психа је широка око 150 миља и на основу даљинских посматрања њене густине и састава површине чини се да је направљен од чврстог метала. Такође може личити на грађевинске блокове Земље.
"Ово би могло бити мало језгро тела које је настало у земаљској регији која ствара планету и које је само погодило многе друге ствари и одузело му се камениту спољашњост", каже Елкинс-Тантон. На НАСА-ино мисији Давн научници су проучавали астероид Веста, протопланету која се такође вероватно формирала у близини Земље и затим је избачена у астероидни појас. Међутим, ово је јединствена прилика да се види шта се крије испод површине објеката попут Весте који је Елкинс-Тантон узбуђивао.
„Психа је једино тело у Сунчевом систему које нам омогућава директно посматрање металног језгра“, каже она. „Ово би нам могла бити једина шанса да погледамо ову врсту састојака.“ Упоредо са осталим финалистима компаније Дисцовери, Елкинс-Тантон и њене колеге ће у септембру сазнати да ли је мисија добра.
Према класичном моделу планетарне формације, једном када су планетеималисти достигли величину Психе - десетине стотина миља - почели су да канибализују своје комшије, каже Кевин Валсх, планетарни научник из југозападног истраживачког института у Боулдеру, Цолорадо. „Највећи расту заиста брзо“, каже он, захваљујући свом све већем гравитационом утицају.
Овај процес безначајне акрекције довео би до већег броја тела у Сунчевом систему до стотинак планетарних ембриона величине Марса до Марса и нешто мањег отпадака. Временом, ови ембриони су се полако комбиновали да би формирали планете.
Али иако ово објашњење делује добро за земаљске планете, што геолошки докази сугерирају формирани током 30 до 100 милиона година, представља проблем гасним гигантима попут Јупитера. Научници сматрају да су језгре ових тела морале расти много брже - довољно брзо да би ухватиле своју огромну атмосферу из гаса присутног у раном Сунчевом систему, који се распршио за само неколико милиона година.
Током последње деценије, истраживачи су развили алтернативни механизам за узгој планета познат као шљунчана акреција. Представља одступање од конвенционалног модела прираста, у коме се објекти комбинују у формирају прогресивно веће честице. Или, како каже Хал Левисон, Валсх-ов колега: „Шљунак прави балване, а балвани праве планине - све до горе.“ Акција шљунка, с друге стране, предвиђа да предмети расту од груди величине песнице до тела величине Плутона. скоро одмах, а затим наставите да добијате на маси, каже Левисон, који је помогао у развијању хипотезе.
Процес би могао започети недуго након формирања протопланетарног диска, када би се комадићи прашине који круже око младог сунца почели сударати и залијепити се, попут синхронизираних клизача који се спајају са рукама док су кружили клизалиштем. На крају би аеродинамичне и гравитационе силе извукле велике гроздове ових шљункара, творећи планетесимал. Платесимили су затим наставили пометати преостале шљунак око њих, брзо растући све док нису формирали планете.
Уз рјешавање питања како гасни дивови расту тако брзо, модел такође пружа начин да се превазиђе нешто што се назива баријера величине метра, која је погодила моделе планетарне акредитације од када је први пут представљен 1970-их. Односи се на чињеницу да када би предмети достигли око три метра у пречнику, трење које ствара околни гас послало би их да се спирално окрећу ка сунцу. Шљунчана акумулација помаже бацању ситних честица преко прага, чинећи их довољно великим да задрже своје.
Научници још увек покушавају да разумеју да ли се овај процес догодио у целом Сунчевом систему и да ли би се одиграо на исти начин за унутрашњу и спољну планету. (Иако то делује за гасне дивове, касније фазе брзог раста не уклапају се у оно што знамо о земаљском формирању планета). Али истраживачи ће можда наћи неке трагове касније ове године, када је НАСА-ина мисија Јуно, која је успешно стигла на Јупитер прошлог месеца, почела сакупљати информације о саставу и језгри планете.
Валсх каже да ће проналажење колико материјала лежи у центру гасног гиганта помоћи истраживачима да ограниче различите моделе планетарне акрекције. Ако Јупитер има малу језгру, класична акреација могла би га да изгради довољно брзо; ако је велика, то би можда подразумевало да се уместо тога догодило нешто попут шљунковите акумулације, каже он.
Јупитер и његови луци Ио, Еуропа и Ганимеде фотографирани од стране мисије Јуно, убрзо након што је свемирски брод ушао у орбиту око гасног гиганта. (НАСА / ЈПЛ-Цалтецх / СвРИ / МССС) Разумевање начина на који се Јупитер формирао такође ће помоћи истраживачима да разумеју порекло других планета, укључујући Земљу. То је зато што је Јупитер оптужен да се мијешао у изградњу унутрашњих стеновитих планета, бар према новој идеји коју су развили Валсх и други, а који је посљедњих година стекао привлачност.
Хипотеза, позната као модел Гранд Тацк-а, сугерише да би, како би Јупитер завршио формирање, очистио сав материјал на свом путу око сунца, ефективно откидајући празнину у протопланетарном диску. Диск је, међутим, још увек имао доста гаса и прашине, који су се притискали према сунцу док се диск спљоштавао и истезао, каже Валсх.
Јупитеров јаз ефективно је блокирао проток овог материјала и планета је "заробљена у поплавним водама", каже Валсх. Преселила се око Марсове орбите са Сатурном близу пете. Али како је Сатурн следио, то је довољно материјала да поново повеже диск. Ово је ослободило притисак који врши притисак на Јупитер, омогућавајући обе планети да се поново исељавају, све у размаку од неколико стотина хиљада година. Модел је инспирисан запажањима чудно пореданих планета у другим соларним системима који сугеришу да су такве миграције честе, каже Валсх.
За остатак Сунчевог система то би било нешто попут пара бикова у продавници космичких кина. Комадићи крхотина из унутрашњег Сунчевог система били би избачени док би се неред са спољњег система одвукао, каже Валсх. Модел помаже објаснити Марсове димензије рунт-а и број и разноврсност тела која се данас налазе у астероидном појасу.
Такође пружа могуће објашњење како су земаљске планете добиле своју воду. Према Гранд Тацк-у, миграција гасних планета би се догодила док су се земаљске планете још формирале и могле би да баце материјал богат из воде из спољњег соларног система у мешавину. Валсх и многи други научници мисле да су угљенични астероиди, који су се можда формирали изван Јупитера, били главна средства за испоруку воде на Земљу.
Овог септембра НАСА ће покренути мисију да посети једног таквог астероида по имену Бенну. Валсх је ко-истраживач на пројекту, назван ОСИРИС-РЕк, који ће проучавати тело издалека пре него што узме узорак да се врати на Земљу. Слична мисија јапанске свемирске агенције, под називом Хаиабуса 2, на путу је да узоркује још један астероид од угљеничних углова у 2018. години.
Научници се надају да ће сазнати више о томе одакле потичу ови астероиди и да ли су они заиста класа метеорита познатих под називом карбонатни хондрити. Они се такође надају да ће проучавање нетакнутог узорка - пре него фрагмент метеорита - помоћи да се открије да ли су ови предмети достављали не само воду на Земљу, већ и органска једињења која су можда послужила као прекурсори за живот.
Док се ОСИРИС-РЕк враћа на Земљу, могао би прећи стазе са Луци, још једном предложеном мисијом која је, попут Псицхе-а, финалиста у програму Дисцовери. Под водством Левисона, Луци има за циљ да истражи последње велико уздрмавање које је ракетирало наш соларни систем - планетарни танго који је започео око 500 милиона година након Гранд Тацка. Тада је, према хипотези Левисона и других, Плутон покренуо нестабилност која је навела Нептун да закуцава ван Урана и спољне дивовске гасове како би мигрирали даље од сунца на своје данашње положаје.
Ово узнемиравање, познато као Нице модел, послало би кишу крхотина које су ударале у унутрашњи соларни систем, вероватно објашњавајући гомилу удара насталих у периоду познатом као Касно тешко бомбардовање. Земаљске планете, попут Земље, углавном су се формирале до ове тачке, тако да догађај није значајно утицао на њихов састав. Али то је можда бацило кривицу на научнике који покушавају да схвате како се соларни систем развија. Распад би могао да баци предмете у унутрашњи соларни систем који није имао везе са материјалима који чине главнину земаљских планета, каже Валсх.
Луси би могла да помогне научницима да схвате шта се заиста догодило и да им дозволи да растављају шта се помеша где. То бисмо постигли истраживањем групе астероида закључаних у Јупитеровој орбити. Ови објекти, познати као Јовиан Тројанци, су мешавина тела која су се формирала у целом спољном Сунчевом систему и затим се током миграције бацала заједно.
Средином 2020-их, када би мисија стигла до њих, Тројанци ће бити оријентисани у правој конфигурацији за свемирску летелицу да направе велику турнеју са шест тела. "Цијелу каријеру сам обожавао небеске богове механике", каже Левисон, планетарни динамичар. „Одлучили су да ми плате, јер се планете буквално поравнавају.“
Левисон каже да ће проучавање Тројанаца изблиза дати истраживачима јаснију представу о томе како се десило мешање модела из Нице, а могло би да пружи и тест шљунчане акрекције. Хипотеза предвиђа да би све што је потребно мање од 60 миља заправо требало бити фрагмент већег тела. То је предвиђање које би Луци требало да тестира.
Уметников утисак о површини Венере, где су температуре мрачне 870 степени Фаренхеита. (ЕСА / АОЕС Медиалаб) Заједно, изгледа да су ове мисије спремне за даље разумевање научника о пореклу Земље, вероватно на начин на који их истраживачи још не могу замислити. На крају крајева, изградња снажне слике планетарне формације захтева комбиновање података из различитих извора, каже Давид Стевенсон, планетарни научник из Цалтецх-а.
Међутим, пред нама је још дуг пут да бисмо схватили шта Земљу и Венеру чине тако различитима. "Срамота је, скоро да смо овде, седећи на Земљи, и имамо ову нама најближу планету о којој смо толико неуки", каже Стевенсон. "Разлог зашто смо толико неуки је да је проклето вруће!"
Заиста, паклени услови на површини Венере умањили су напоре да детаљно проуче планету. Русија је успела да спусти низ свемирских летелица на површину између 1960-их и 80-их. Преживели су само неколико сати и пренијели кратке блицеве података пре него што су подлегли врућини. Али ове и друге мисије, попут НАСА-иног пионира и Магеллана, који су планету проучавали издалека, пружали су увид у деловање планете.
Знамо, на пример, да је Венера снажна атмосфера стаклене баште направљена готово у потпуности од угљен-диоксида и да је изгледа изгубила већину своје површинске воде. То је можда оно што спречава да се тамо догоди тектоника плоча - сматра се да вода масти точкове плоча за поткопавање. То такође може објаснити зашто Венери недостаје геомагнетно поље, што многи научници сматрају неопходним за живот јер штити планету од пустошења соларног ветра. Геомагнетна поља настају конвекцијом у језгри тела, каже Ниммо, и ослањају се на циркулацију плашта - често везану за тектонику плоча - за пренос топлоте.
Оно што научници желе више од свега јесу узорци површинских стијена Венере, али то и даље остаје удаљени циљ. У догледној будућности, истраживачи ће се морати договорити за удаљенија запажања, попут оних из тренутне јапанске мисије. Раније ове године, свемирска летјелица Акатсуки коначно је започела преношење података са своје орбите око Венере након непланираног петогодишњег обиласка око сунца.
Поред тога, НАСА разматра још две сопствене мисије усмерене на Венеру које су такође финалисти Дисцоверија. Један пројекат, назван ВЕРИТАС, води Смрекар и укључивао би орбиту која је способна да проучава геологију планете у високој дефиницији. Друга предложена мисија, коју је водила Лори Глазе из Годдард центра за свемирске летове, анализирала би јединствену атмосферу Венере помоћу сонде назване ДАВИНЦИ.
Нада је да ће ови напори открити зашто је Венера еволуирала онако како је чинила, и самим тим, оно што чини Земљу другачијом. У овом тренутку, многи истраживачи мисле да су се Земља и Венера вероватно формирали из приближно истог материјала, а затим се временом разишли захваљујући неколико фактора. Они укључују њихову различиту близину сунца и чињеницу да је Земља доживела велики судар релативно касно у својој историји - утицај који је формирао месец - који би поново растопио већи део планете и потенцијално променио њену динамику.
Али док не сазнамо више о томе како су планете у нашем Сунчевом систему формиране и који су процеси обликовали њихову еволуцију, нећемо знати шта разликује гостољубиву планету од неплодне, каже Валсх. „Имамо телескопа у свемиру који лове планете величине Земље око других звезда, али немамо појма да ли ће се планета развити у Венеру или у Земљу“, каже он. "И то је читава игра са лоптом, на неком нивоу."
