Conformément à l'hypothèse nébulaire, le système solaire serait formé par le processus d'accrétion. Essentiellement, cela a commencé lorsqu'un nuage massif de poussière et de gaz (alias la nébuleuse solaire) a subi un effondrement gravitationnel en son centre, donnant naissance au Soleil. La poussière et le gaz restants se sont ensuite formés en un disque protoplanétaire autour du Soleil, qui s'est progressivement fusionné pour former les planètes.
Cependant, beaucoup de choses sur le processus d'évolution des planètes pour devenir distinctes dans leurs compositions est restée un mystère. Heureusement, une nouvelle étude d'une équipe de chercheurs de l'Université de Bristol a abordé le sujet avec une nouvelle perspective. En examinant une combinaison d'échantillons de la Terre et de météorites, ils ont apporté un éclairage nouveau sur la formation et l'évolution des planètes comme la Terre et Mars.
L'étude, intitulée «Magnesium Isotope Evidence that Accretional Vapor Loss Shapes Planetary Compositions», a récemment paru dans la revue scientifique La nature. Dirigée par Remco C.Hin, associé de recherche principal à la School of Earth Sciences de l'Université de Bristol, l'équipe a comparé des échantillons de roche de la Terre, de Mars et de l'astéroïde Vesta pour comparer les niveaux d'isotopes de magnésium qui s'y trouvent.
Leur étude a tenté de répondre à ce qui a été une question persistante dans la communauté scientifique - c'est-à-dire que les planètes ont formé la façon dont elles sont aujourd'hui, ou ont-elles acquis leurs compositions distinctives au fil du temps? Comme l'a expliqué le Dr Remco Hin dans un communiqué de presse de l'Université de Bristol:
«Nous avons fourni des preuves qu'une telle séquence d'événements s'est produite dans la formation de la Terre et de Mars, en utilisant des mesures de haute précision de leurs compositions d'isotopes de magnésium. Les rapports isotopiques du magnésium changent en raison de la perte de vapeur de silicate, qui contient de préférence les isotopes les plus légers. De cette façon, nous avons estimé que plus de 40% de la masse de la Terre avait été perdue lors de sa construction. Ce travail de construction de cow-boy, comme l'un de mes co-auteurs l'a décrit, était également responsable de la création de la composition unique de la Terre.”
Pour le décomposer, l'accrétion consiste en des amas de matériaux entrant en collision avec des amas voisins pour former des objets plus gros. Ce processus est très chaotique et le matériau est souvent perdu et accumulé en raison de la chaleur extrême générée par ces collisions à grande vitesse. Cette chaleur aurait également créé des océans de magma sur les planètes au fur et à mesure de leur formation, sans parler des atmosphères temporaires de roche vaporisée.
Jusqu'à ce que les planètes deviennent à peu près de la même taille que Mars, leur force d'attraction gravitationnelle était trop faible pour s'accrocher à ces atmosphères. Et à mesure que de nouvelles collisions se produiraient, la composition de ces atmosphères et des planètes elles-mêmes changerait considérablement. Comment les planètes terrestres - Mercure, Vénus, la Terre et Mars - ont-elles obtenu au fil du temps leurs compositions actuelles pauvres en matières volatiles, c'est ce que les scientifiques espéraient aborder.
Par exemple, certains croient que les compositions actuelles des planètes sont le résultat de combinaisons particulières de gaz et de poussière pendant les premières périodes de formation de la planète - où les planètes terrestres sont riches en silicate / métal, mais pauvres en volatilité, en raison des éléments les plus abondants les plus proches de le soleil. D'autres ont suggéré que leur composition actuelle est une conséquence de leur croissance violente et de leurs collisions avec d'autres corps.
Pour faire la lumière sur cela, le Dr Hin et ses associés ont analysé des échantillons de la Terre, ainsi que des météorites de Mars et de l'astéroïde Vesta en utilisant une nouvelle approche analytique. Cette technique est capable d'obtenir des mesures plus précises des rations isotopiques du magnésium que n'importe quelle méthode précédente. Cette méthode a également montré que tous les corps différenciés - comme la Terre, Mars et Vesta - ont des compositions de magnésium isotopiquement plus lourdes que les météorites chondritiques.
Ils ont pu en tirer trois conclusions. D'une part, ils ont découvert que la Terre, Mars et Vesta avaient des rations isotopiques de magnésium distinctes qui ne pouvaient pas être expliquées par la condensation de la nébuleuse solaire. Deuxièmement, ils ont noté que l'étude des isotopes de magnésium lourds a révélé que dans tous les cas, les planètes ont perdu environ 40% pour cent de leur masse pendant leur période de formation, à la suite d'épisodes répétés de vaporisation.
Enfin, ils ont déterminé que le processus d'accrétion entraîne d'autres changements chimiques qui génèrent les caractéristiques chimiques uniques de la Terre. En bref, leur étude a montré que la Terre, Mars et Vesta subissent tous d'importantes pertes de matière après formation, ce qui signifie que leurs compositions particulières étaient probablement le résultat de collisions au fil du temps. Comme l'a ajouté le Dr Hin:
«Notre travail change notre point de vue sur la façon dont les planètes atteignent leurs caractéristiques physiques et chimiques. Alors que l'on savait auparavant que la construction de planètes est un processus violent et que les compositions de planètes telles que la Terre sont distinctes, il n'était pas clair que ces caractéristiques étaient liées. Nous montrons maintenant que la perte de vapeur lors des collisions à haute énergie d’accrétion planétaire a un effet profond sur la composition d’une planète. »
Leur étude a également indiqué que ce processus de formation violent pourrait être caractéristique des planètes en général. Ces découvertes sont non seulement importantes en ce qui concerne la formation du système solaire, mais aussi des planètes extra-solaires. Quand viendra le temps d'explorer des systèmes stellaires lointains, les compositions distinctives de leurs planètes nous en diront beaucoup sur les conditions à partir desquelles elles se sont formées et comment elles sont nées.
