La Terre s'est formée relativement rapidement à partir du nuage de poussière et de gaz autour du Soleil, piéger l'eau et les gaz dans le manteau de la planète, selon une recherche publiée le 5 décembre dans la revue La nature . En plus de régler les origines de la Terre, le travail pourrait aider à identifier les systèmes extrasolaires qui pourraient supporter des planètes habitables.

S'appuyant sur des données des profondeurs de la Terre à l'espace lointain, Le professeur Sujoy Mukhopadhyay de l'Université de Californie Davis et le chercheur postdoctoral Curtis Williams ont utilisé des isotopes de néon pour montrer comment la planète s'est formée.

"Nous essayons de comprendre où et comment le néon du manteau terrestre a été acquis, qui nous dit à quelle vitesse la planète s'est formée et dans quelles conditions, ", a déclaré Williams.

Le néon est en fait un substitut pour les gaz tels que l'eau, le dioxyde de carbone et l'azote provenaient, dit Williams. Contrairement à ces composés essentiels à la vie, le néon est un gaz noble inerte, et il n'est pas influencé par les processus chimiques et biologiques.

"Donc, le néon garde un souvenir de son origine même après quatre milliards et demi d'années, " a déclaré Mukhopadhyay.

Il y a trois idées concurrentes sur la façon dont la Terre s'est formée à partir d'un disque protoplanétaire de poussière et de gaz il y a plus de quatre milliards d'années et sur la façon dont l'eau et d'autres gaz ont été livrés à la Terre en croissance. En premier, la planète a grandi relativement rapidement sur deux à cinq millions d'années et a capté le gaz de la nébuleuse, le nuage tourbillonnant de poussière et de gaz entourant le jeune Soleil. La deuxième théorie suggère que des particules de poussière se sont formées et ont été irradiées par le Soleil pendant un certain temps avant de se condenser en objets miniatures appelés planétésimaux qui ont ensuite été livrés à la planète en croissance. Dans la troisième option, la Terre s'est formée relativement lentement et les gaz ont été délivrés par des météorites chondrites carbonées riches en eau, carbone et azote.

Ces différents modèles ont des conséquences sur ce à quoi ressemblait la Terre primitive, dit Mukhopadhyay. Si la Terre s'est formée rapidement à partir de la nébuleuse solaire, il y aurait eu beaucoup d'hydrogène gazeux à la surface ou près de la surface. Mais si la Terre s'est formée à partir de chondrites carbonées, son hydrogène serait venu sous la forme la plus oxydée, l'eau.

Néon du fond de l'océan à l'espace lointain

Pour déterminer laquelle des trois idées concurrentes sur la formation des planètes et la livraison de gaz était correcte, Williams et Mukhopadhyay ont mesuré avec précision les ratios d'isotopes de néon qui ont été piégés dans le manteau terrestre lorsque la planète s'est formée. Le néon a trois isotopes, néon-20, 21 et 22. Tous les trois sont stables et non radioactifs, mais le néon-21 est formé par la désintégration radioactive de l'uranium. Ainsi, les quantités de néon-20 et 22 sur Terre sont stables depuis la formation de la planète et le resteront pour toujours, mais le néon-21 s'accumule lentement avec le temps. Les trois scénarios de formation de la Terre devraient avoir des ratios différents de néon-20 à néon-22.

Le plus près qu'ils pouvaient se rapprocher du manteau était de regarder des roches appelées basaltes coussinés au fond de l'océan. Ces roches vitreuses sont les restes des écoulements des profondeurs de la Terre qui se sont déversés et se sont refroidis dans l'océan, plus tard pour être collecté par une expédition de forage dirigée par l'Université de Rhode Island, qui met sa collection à la disposition d'autres scientifiques.

Les gaz se trouvent dans de minuscules bulles dans le basalte. A l'aide d'une presse, Des copeaux de basalte fissuré Williams dans une chambre scellée, permettant aux gaz de s'écouler dans un spectromètre de masse sensible.

Maintenant pour la partie spatiale. Des chercheurs précédents ont établi le rapport isotopique du néon pour le modèle de "nébuleuse solaire" (formation précoce rapide) avec les données de la mission Genesis, qui capturaient les particules du vent solaire. Les données du modèle "particules irradiées" provenaient d'analyses de sols lunaires et de météorites. Finalement, les météorites à chondrite carbonée ont fourni des données pour le modèle "d'accrétion tardive".

Taille minimale pour une planète habitable

Les rapports isotopiques qu'ils ont trouvés étaient bien supérieurs à ceux des modèles "particules irradiées" ou "d'accrétion tardive", Williams a dit, et soutenir une formation précoce rapide.

"C'est une indication claire qu'il y a un néon nébulaire dans le manteau profond, ", a déclaré Williams.

Néon, rappelles toi, est un marqueur pour ces autres composés volatils. Hydrogène, l'eau, le dioxyde de carbone et l'azote se seraient condensés dans la Terre en même temps, tous des ingrédients qui, pour autant que nous sachions, entrer dans la constitution d'une planète habitable.

Les résultats impliquent que pour absorber ces composés vitaux, une planète doit atteindre une certaine taille – la taille de Mars ou un peu plus grande – avant que la nébuleuse solaire ne se dissipe. Les observations d'autres systèmes solaires montrent que cela prend environ deux à trois millions d'années, dit Williams.

Le même processus se produit-il autour d'autres étoiles ? Observations du Large Millimeter Array d'Atacama, ou ALMA, observatoire au Chili suggèrent que c'est le cas, les chercheurs ont dit.

ALMA utilise un réseau de 66 radiotélescopes fonctionnant comme un seul instrument pour imager la poussière et le gaz dans l'univers. Il peut voir les disques de poussière et de gaz formant des planètes autour de certaines étoiles proches. Dans certains cas, il y a des bandes sombres dans ces disques où la poussière a été appauvrie.

"Il y a plusieurs façons d'éliminer la poussière du disque, et l'un d'eux est qu'ils forment des planètes, ", a déclaré Williams.

"Nous pouvons observer la formation de planètes dans un disque de gaz dans d'autres systèmes solaires, et il existe un enregistrement similaire de notre propre système solaire préservé à l'intérieur de la Terre, " Mukhopadhyay a déclaré. "Cela pourrait être une façon courante pour les planètes de se former ailleurs."