Dünya ve Mars, büyük oranda Güneş sisteminin iç kısmından çıkan maddelerden oluşmuş. Bu iki gezegenin yapı taşlarının sadece ufak bir bölümü Jüpiter’in yörüngesinin ötesinden gelmiş. Münster Üniversitesinin öncülüğünde çalışan bir grup araştırmacı, söz konusu bulguları geçtiğimiz hafta Science Advances bülteninde sundu. Bulgular Dünya, Mars ve iç ile dış Güneş sistemindeki saf yapı taşlarına ait izotop bileşimlerinin bugüne kadarki en kapsamlı kıyaslamasını sunuyor. Bu maddelerin bir kısmının, günümüzdeki gök taşlarında halen büyük oranda değişmeden kaldığı görülüyor. Çalışmanın bulguları Merkür, Venüs, Dünya ve Mars gezegenlerini oluşturan sürece dair geniş kapsamlı sonuçlar barındırıyor. Bu dört kayalık gezegenin mevcut boyutlarına, dış Güneş sisteminden gelen milimetre büyüklüğündeki taşlarla ulaştığını söyleyen kuramın ise savunulabilir olmadığı görülüyor.
Güneş sistemimizin yaklaşık 4,6 milyar yıl önceki ilk günlerinde, o zamanlar genç olan Güneş’in etrafında bir toz ve gaz bulutu dönüyormuş. İç kısımdaki kayalık gezegenlerin bu esas yapı maddesinden milyonlarca yılda nasıl oluştuğunu tarif eden iki kuram bulunuyor. Eski kurama göre iç Güneş sistemindeki tozlar bir araya toplanarak, kademeli şekilde hemen hemen Ay boyutuna ulaşan çok daha büyük parçalar meydana getirmiş. Bu gezegensel embriyoların birbiriyle çarpışması sonucunda Merkür, Venüs, Dünya ve Mars oluşmuş. Fakat daha yeni olan kuramda farklı bir büyüme süreci tercih ediliyor ve söz konusu yapı taşlarının, Güneş sisteminin dışından Güneş’e doğru göç eden milimetre boyutundaki taşlar olduğu öne sürülüyor. Yolculukları sırasında iç Güneş sistemindeki gezegen embriyolarıyla birleşen bu taşlar, adım adım gezegenlerin şimdiki boyutlarına ulaşmasını sağlamış.
Her iki kuram da, Güneş sisteminin ilk zamanlarındaki koşul ve dinamikleri yeniden oluşturmayı hedefleyen kuramsal modellere ve bilgisayar canlandırmalarına dayanıyor; her ikisi de gezegenlerin oluştuğu muhtemel bir güzergâh tanımlıyor. Peki hangisi doğru? Gerçekte hangi süreç yaşandı? Almanya’daki Münster Üniversitesi, Fransa’daki Nice Gözlemevi, ABD’deki California Teknoloji Enstitüsü, Almanya’daki Berlin Doğa Tarihi Müzesi ve Almanya’daki Hür Berlin Üniversitesinde çalışan araştırmacılar, mevcut çalışmalarında bu sorulara cevap bulmak üzere kayalık Dünya ve Mars gezegenlerinin tam bileşenlerini belirlemişler. “Dünya ve Mars’ın yapı taşlarının iç Güneş sisteminden mi yoksa dış Güneş sisteminden mi geldiğini bulmak istedik” diyor çalışmanın birinci yazarı, Münster Üniversitesinde çalışan Dr. Christoph Burkhardt. Bu doğrultuda, her iki gezegenin de silikat yönünden zengin dış katmanlarında ufak miktarlarda bulunan nadir metaller titanyum, zirkonyum ve molibden izotopları, önemli ipuçları sağlıyor. İzotoplar, aynı elementlerin sadece atom çekirdeklerinin ağırlığı yönünden farklılık gösteren çeşitleri.
Referans olarak gök taşları
Bilim insanları, Güneş sisteminin ilk zamanlarında bu ve diğer metal izotoplarının eşit derecede dağılmadığını varsayıyor. Bunun yerine, söz elementlerin miktarlarının Güneş’e olan uzaklıklarına bağlı olduğu düşünülüyor. Bu sebeple elementler, Güneş sisteminin ilk zamanlarında belli bir cismin yapı taşlarının nereden çıktığına yönelik değerli bilgiler taşıyor.
Araştırmacılar, dış ve iç Güneş sisteminin esas izotop envanterine referans olması için iki tip gök taşı kullanmışlar. Bu kaya parçaları, genelde Dünya’ya Mars ve Jüpiter’in yörüngeleri arasındaki bölgede yer alan asteroit kuşağından geliyor. Bu maddelerin, Güneş sisteminin başlangıcından kaldıkları ve büyük oranda saf oldukları düşünülüyor. Yüzde birkaç oranına kadar karbon barındırabilen karbonlu kondritler Jüpiter’in yörüngesinin ötesinden gelmiş ve büyümekte olan gaz devlerinin etkisi sebebiyle asteroit kuşağına sonradan katılmış olsalar da, karbondan yoksun olan kuzenleri karbonsuz kondritler iç Güneş sisteminin öz çocukları.
Dünya’nın erişilebilir dış kaya katmanları ile her iki gök taşı tipinin taşıdığı kesin izotop bileşimi, bir süredir inceleniyor. Fakat şimdiye kadar Mars’taki kayaların kapsamlı ve kıyaslanabilir bir analizi yapılmamış. Araştırmacılar ise mevcut çalışmalarında, Mars’a ait olup Mars’a özgü altı kaya tipine bağlanabilen toplamda 17 gök taşının numunesini incelemişler. Buna ek olarak, üç farklı metal izotopun miktarı da ilk defa araştırılmış.
Mars’a ait gök taşı numuneleri ilk önce toz haline getirilerek, karmaşık ve kimyasal bir ön işleme tabi tutulmuş. Münster Üniversitesi Gezegenbilim Enstitüsündeki çok toplayıcılı plazma kütle tayfölçerini kullanan araştırmacılar, sonrasında ufak miktarlarda titanyum, zirkonyum ve molibden izotopları tespit etmişler. Ardından bilgisayar canlandırmaları yürüterek, günümüzde karbonlu ile karbonsuz kondritlerde bulunan ve Dünya ile Mars’a dahil olan yapı taşı oranını hesaplamış ve bu maddelerin ölçülen oranlarını tekrarlamaya çalışmışlar. Bunu yaparken, sırasıyla titanyum ve zirkonyum izotoplarının yanısıra molibden izotoplarının da farklı geçmişlerini hesaba katmak üzere iki farklı birikim aşamasını göz önüne almışlar. Molibden, titanyum ve zirkonyumdan farklı şekilde çoğunlukla gezegenin metalik çekirdeğinde birikiyor. Dolayısıyla günümüzde halen silikat bakımından zengin dış katmanlarda bulunan ufak miktarlar, gezegenin büyüme sürecinin en son aşamasında eklenmiş.
Araştırmacıların elde ettiği sonuçlar, Dünya ve Mars’ın dış kaya katmanlarının, dış Güneş sisteminin karbonlu kondritleriyle çok az ortak nokta barındırdığını gösteriyor. Bunlar, her iki gezegendeki esas yapı taşlarının sadece yüzde dört kadarından sorumlu. Münster Üniversitesinde çalışan ve ayrıca Götingen’deki Max Planck Enstitüsü Güneş Sistemi Araştırmaları Bölümünün başkanı olan Prof. Dr. Thorsten Kleine, “Dünya ve Mars’ın ilk zamanlarında çoğunlukla dış Güneş sisteminden gelen toz parçaları biriktiyse, bu değerin en az on kat daha yüksek olması gerekir” diyor. “Dolayısıyla, içteki gezegenlerin oluşumuna yönelik bu kuramı doğrulayamıyoruz.”
Kayıp yapı taşı
Fakat Dünya ve Mars’ın bileşimi, karbonsuz kondritlerde bulunan maddelerle de tam uyuşmuyor. Yapılan bilgisayar canlandırmaları, başka ve farklı tip bir yapı taşının iş başında olmuş olabileceğini akla getiriyor. “Bu üçüncü tip yapı taşının yürüttüğümüz bilgisayar canlandırmalarından çıkarılan izotop bileşimi, Güneş sisteminin en içteki bölgesinden çıkmış olması gerektiğini gösteriyor” diye açıklıyor Christoph Burkhardt. Güneş’e bu kadar yakın mesafelerde bulunan cisimler asteroit kuşağına neredeyse hiç dağılmadığından, bu madde neredeyse tamamıyla içteki gezegenlere katılmış ve dolayısıyla gök taşlarında ortaya çıkmıyor. “Tabiri caizse bu, günümüzde doğrudan erişemediğimiz ‘kayıp yapı taşı'” diyor Thorsten Kleine.
Bu şaşırtıcı bulgu, çalışmanın gezegen oluşum kuramına dönük sonuçlarını değiştirmiyor. Christoph Burkhardt sözlerini şöyle noktalıyor: “Dünya ve Mars’ın görünürde çoğunlukla iç Güneş sisteminden gelen maddeler barındırması, gezegenlerin iç Güneş sistemindeki büyük cisimlerin çarpışmasından kaynaklı oluşumuyla güzel uyum sergiliyor.”
Kaynak: Münster Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
