Commençons par le commencement. Avant les humains, devant la Terre, avant qu'aucune des planètes n'existe, il y avait des bébés planètes, des planétésimaux. Fusionné de la poussière explosée vers l'extérieur par la nébuleuse solaire, ces taches de matière n'avaient que quelques kilomètres de diamètre. Bientôt, eux aussi se sont agrégés en raison de la gravité pour former les planètes rocheuses dans la partie la plus interne du système solaire, laissant les premiers détails sur ces planétésimaux à l'imagination.

Leur mystérieuse identité est compliquée par le fait que Mercure, Vénus, Terre, et Mars ont tous une composition chimique différente. Comme un mélangeur mélangeant les ingrédients dans un gâteau, La Terre a subi un certain réarrangement, en grande partie en raison du volcanisme et de la tectonique des plaques qui déplacent les éléments vers et hors de l'intérieur, qui obscurcit davantage les informations sur ce que les ingrédients d'origine auraient pu être, et leurs proportions.

Maintenant, une paire de scientifiques du MIT du Département de la Terre, Les sciences de l'atmosphère et des planètes (EAPS) ont révélé des informations clés sur ces planétésimaux en recréant en laboratoire les premiers magmas que ces objets auraient pu produire à l'enfance du système solaire. Et il s'avère, il y a des preuves physiques de ces magmas dans les météorites, ajoutant la validation à leurs revendications.

"Cette formation et différenciation de ces planétésimaux est en quelque sorte une étape importante dans la façon dont vous créez les planètes terrestres intérieures, et nous commençons vraiment à débloquer cette histoire, " déclare le professeur de géologie R R Schrock Timothy Grove, auteur principal de l'étude, publié dans une trilogie d'articles dans les revues Geochimica et Cosmochimica Acta et Météorite et science planétaire .

Teasers de météorites

De minuscules éléments de preuve des blocs de construction planétaires du système solaire existent à ce jour dans les météorites, qui appartiennent tous à deux grandes catégories. Les chondrites sont constituées d'un matériau d'origine et sont le type le plus courant. Les achondrites proviennent de corps parents qui ont subi une sorte de modification - et comprendre ces modifications aide à expliquer les processus qui forment et grandissent les planètes.

Uréilites, le deuxième groupe d'achondrites le plus abondant, étaient l'objet initial de cette enquête. Mais rapidement, les chercheurs ont réalisé que leurs découvertes pouvaient également être appliquées ailleurs.

Grâce à une série d'expériences destinées à corriger les erreurs des techniques passées, Grove et auteur principal Max Collinet Ph.D. '19 a découvert un nouvel angle. "Nous sommes vraiment venus de vouloir comprendre quelque chose à propos d'un petit groupe de météorites qui peut sembler obscur pour beaucoup de gens, " dit Collinet de sa recherche doctorale. " Mais alors, quand nous avons fait ces expériences, nous avons réalisé que les fontes que nous produisions ont beaucoup d'implications pour beaucoup d'autres blocs de construction planétaires."

Cela inclut l'origine du type le plus abondant de météorites achondritiques, appelés eucrites, présumé venir de Vesta, le deuxième plus grand corps de la ceinture d'astéroïdes. C'est parce qu'en 1970, un chercheur du MIT a découvert que Vesta était fait du même type de roche basaltique. "Nous avons eu toutes ces laves basaltiques de la surface de Vesta, et fondamentalement, tout le monde a supposé que c'est ce qui se passe lorsque vous faites fondre ces corps, " explique Grove. Mais récemment, d'autres études ont infirmé cette hypothèse, laissant la question :quelles ont été les premières fontes formées chez les planétésimaux ?

Fabriquer de minuscules planètes

"Ce que nous avons réalisé, c'est que nous ne savions pas du tout quelle était la composition de ces premiers magmas qui ont été produits dans n'importe quel planétésimal, sans parler de celui qui nous intéressait - le corps parent des uréilites, " dit Collinet des résultats de leurs nouvelles méthodes expérimentales.

Dans les études antérieures, en utilisant une configuration expérimentale typique de "système ouvert" qui a maintenu les faibles niveaux d'oxygène attendus à l'intérieur d'un planétésimal, une grande partie des éléments alcalins hautement réactifs (sodium et potassium) pourraient s'échapper.

Grove et Collinet ont dû travailler ensemble pour mener les expériences à l'aide d'un dispositif unique au MIT qui maintenait le système « fermé » et retenait tous les alcalis. Ils ont chargé une minuscule capsule métallique de quelques millimètres carrés avec les mêmes éléments chimiques qui pourraient être présents dans un planétésimal et l'ont soumis à des conditions de faible teneur en oxygène, températures de fonte des roches, et les pressions attendues à l'intérieur des corps relativement petits. Une fois ces conditions remplies, le magma de l'échantillon a été congelé - comme indiqué dans leurs méthodes - en « frappant » la machine avec une clé pour s'assurer que leur capsule se libère, descendre rapidement à température ambiante.

Analyser le magma, refroidi dans un verre, était délicat. Parce qu'ils cherchaient le début de la fonte, les piscines à l'intérieur des échantillons étaient assez petites. Il a fallu quelques ajustements à leurs procédures pour combiner toutes les petites piscines dans une poche plus grande. Une fois qu'ils ont pu mesurer les échantillons, les deux ont été choqués par les implications de ce qu'ils ont trouvé.

"Nous n'avions aucune idée que nous allions produire ce genre de choses. C'était complètement imprévu, " Merveilles de Grove. " Ce truc " était un granit riche en alcalis, un composition riche en silice comme vous pourriez le voir sur un plan de travail de cuisine, à l'opposé du spectre de type roche des pauvres en alcalis, basaltes pauvres en silice sur Vesta, comme ceux formés à partir de lave à Hawaï.

"Collinet et Grove montrent que les idées précédentes sur les compositions des premières fontes de notre système solaire, Il y a environ 4,6 milliards d'années, peut avoir été incorrect parce que l'enregistrement des premiers processus a été obscurci par l'activité géologique à une époque plus récente, " dit Cyrena Goodrich, chercheur principal au Lunar and Planetary Institute de l'Universities Space Research Association, qui n'a pas participé à la recherche. "Ces résultats auront des applications dans un large éventail de sujets en géologie et en sciences planétaires et influenceront considérablement les travaux futurs."

Ces résultats surprenants correspondent presque presque aux fontes mesurées dans de nombreux échantillons de météorites naturelles. En outre, le couple avait appris quelque chose sur les mystérieux alcalis manquants des planètes rocheuses et les différences entre la Terre, Mars, Vénus et Mercure.

Réinventer le début

Précédemment, il a été supposé que les dissemblances entre les planètes telluriques se sont produites lors de la diffusion initiale des éléments dans la nébuleuse solaire et liées à la façon dont ces éléments se sont condensés des gaz en solides.

"Maintenant, nous avons un autre moyen, " dit Grove. Avec les fontes hébergeant beaucoup d'alcalis, il suffirait d'une méthode d'élimination de la fonte pour laisser les planétésimaux résiduels appauvris en potassium et en sodium.

La prochaine étape sera de déterminer comment ces fontes pourraient être extraites de l'intérieur des planétésimaux, étant donné que les moteurs du mouvement du magma sur Terre ne seraient probablement pas les mêmes dans ces corps planétaires. En réalité, migration d'éléments dans les planètes primitives, comme la formation de noyaux métalliques, est une vaste zone d'inconnu que la paire de scientifiques est impatiente de continuer à explorer.

En raison de l'incapacité d'observer ce qui s'est réellement passé dans l'établissement du système solaire, les surprises révélées par cette étude sont une étape importante. "Nous apportons de nouveaux indices sur la façon dont la nébuleuse a créé ces corps, " résume Collinet, qui est maintenant post-doctorant en Allemagne, travailler sur la compréhension des couches sous la croûte externe de Mars. D'une minuscule capsule dans un laboratoire sur le campus du MIT ou d'une gouttelette microscopique de fonte dans une météorite, il est possible de révéler un aperçu de la naissance d'une vaste planète.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.