Почему химический состав планет так сильно отличается от состава Солнца?

Есть мнение, что изначально химический состав всех планет Солнечной системы должен быть одинаков и примерно соответствовать составу Солнца. И это – верное мнение. Однако, высказав его, затем комментатор несёт очень много чуши.

Правда в том, что планеты формируются из той же газопылевой туманности, из которой родилась звезда. После того, как туманность в основном сколлапсировала, молодую звезду будет окружать плоский диск… Но всё это уже подробно рассматривалось в других публикациях. Здесь же необходимо отметить, что наиболее близок к солнечному состав Юпитера. Но и там есть отличия. Общее количество «металлов» (всего, кроме водорода и гелия) на Юпитере выше примерно второе. Это значит, что в состав планет вошло не всё вещество остаточного диска, а не более пятой его части. Остатки туманности были нагреты излучением разгоревшегося Солнца и рассеялись. Причём, основная часть потерь, естественно, пришлась на легчайшие водород и гелий.

Мало водорода и гелия, по отношению к металлам, в составе ледяных гигантов – Урана и Нептуна. В отличие от Юпитера, их гравитация не была способна удержать водород при характерной для эпохи формирования Солнечной системы температуре. То что там сейчас есть, получено разложением содержащих водород газов… Но в состав планет земной группы вообще никакие газы не вошли… Почему, можно понять рассмотрев иллюстрацию. Даже большая часть летучих веществ, оказавшихся связанными в составе твёрдой пыли, «вытопилась» и сбежала в космос на этапе формирования. Однако, про «просушку» на катастрофическом этапе также уже говорилось.

Сейчас же стоит обратить внимание на дефиницию понятия «газы» в данном контексте. В планетологии «металлы» не обязательно твёрдое вещество. Так, помимо водорода и гелия, в составе Солнца присутствую «металлы»: кислород 0.77%, углерод 0.29%, железо 0.16%, неон 0.12%, азот 0.09%, кремний 0.07%… Казалось бы… Но почти всё это не может войти в состав каменистых планет, формирующихся из пыли и не вырастающих настолько, чтобы начать собирать газы из кольца.

В туманности вещество находится в молекулярной форме. Кислород – в составе воды (на орбите Земли это пар – газ), углерод – в составе метана, неон – также газ, причём, инертный, азот же будет присутствовать в виде аммиака. Остаются железо и кремний… На судьбе которых надо остановиться подробнее.

Железо – распространённый, но химически унылый элемент. С наиболее доступным компаньоном – водородом – оно не связывается. Но может соединиться с кислородом. Однако, в туманностях не способно его удержать. Железо легко восстанавливается водородом или углеродом (на чём, собственно, основана чёрная металлургия). Так что, в космосе оно присутствует в чистом виде, образуя пыль.

Кремний же с водородом соединяется. Однако, также не может удержать его в присутствии более активных элементов. Как следствие, кремневодороды (в отличие от углеводородов) не накапливаются в космосе, создавая предпосылки для возникновения кремниевой жизни. Атомы кремния мечутся, пока не найдут кислород, – наглухо соединяясь уже с ним с образованием кремнезёма. Учитывая же, что каждый захватывает по два атома кислорода, хотя кремния и почти вдвое меньше, чем железа, кремнезём становится второй по распространённости компонентой космической пыли.

В виде пыли в космосе присутствует ещё много чего, – никель, магний и далее до урана, но принцип должен быть понятен. Углерод входит в состав каменистых планет лишь в той мере, в которой он наличествует в примесях к пыли. Кислород же присутствует в основном в составе кремнезёма.

Интересным побочным эффектом различия физических свойств распространённых соединений химических элементов оказывается отмеченное недавно накопление углерода в наиболее древней части галактик – в ядрах, где активнее всего идут процессы звездообразования.

Вообще, «очистка» состава каменистых планет от летучих веществ почти не имеет значения. Ибо общая масса каменистых планет ничтожна. Отвергнутые материалы включаются в состав звезды и газовых гигантов. Но некоторая часть первоначального облака при рождении звезды рассеивается, покидая систему под давлением излучения молодого светила.

И естественно, в последнюю очередь изгоняется тяжёлая металлическая пыль. В первую же очередь – газы. Начиная с самых лёгких – водорода и гелия. Составляющие основную массу вещества галактических туманностей в любом случае, а значит не влияющие на их состав… Но третьим в списке по «летучести» оказывается метан. Не используясь полностью при формировании звёзд, он склонен к накоплению в космическом пространстве.

В частности, можно утверждать, что в современных галактиках углерода (а значит и его высокомолекулярных соединений) больше, чем было 10 или даже 5 – во времена рождения Солнечной системы – миллиардов лет назад. Влияет ли это как-то на вероятность зарождения жизни – неясно.