Yksi planeettatieteen perustavanlaatuisista ongelmista on yrittää selvittää, kuinka sisäisen aurinkokunnan planeettakappaleet muodostuivat ja kehittyivät. Uusi tietokonemalli ehdottaa, että valtavat esineet - jotkut yhtä suuria kuin Kuiperin vyöobjekteja, kuten Pluto ja Eris - todennäköisesti pumppaisivat Maata, Kuua ja Marsia planeettojen muodostumisen myöhäisissä vaiheissa, tuomalla raskasmetalleja planeettojen pinnoille. Tämä malli, jonka ovat luoneet erilaiset tutkijat NASA: n Lunar Science Institute -laitokselta, osoittaa yllättäen monia erilaisia palapelejä koko aurinkokunnan alueella, kuten kuinka maapallo pystyi pitämään metallia rakastavia, elementtejä, kuten kultaa ja platinaa, joka löytyy vaipastaan, miten Kuu voi itse asiassa olla märkä, ja outo jakautuminen asteroidien koosta.
"Suurin osa todisteista planeettojen muodostumisen myöhäisissä vaiheissa tapahtuneesta on poistettu ajan myötä", kertoi tutkimusryhmää vetänyt Lounais-tutkimuslaitos Bill Bottke. "Polku, jota olemme seuranneet näissä maailmoissa, on melko kylmä, ja melko jännittävä se, että pystymme kaivaa lisää tietoa olemassa olevasta ja vastaamaan joihinkin pitkään joutuneisiin ongelmiin."
Bottke kertoi Space Magazine -lehdelle, että uuden mallin kertomus ei ole niin monimutkainen kuin miltä se näyttää ensi silmäyksellä, hän sanoi. "Se sisältää paljon käsitteitä yhdessä, ja jotkut käsitteistä ovat olleet olemassa jo jonkin aikaa."
Bottke ja hänen tiiminsä ovat julkaisseet tuloksensa lehdessä Science.
Tutkijat aloittivat laajalti hyväksytyn teorian siitä, kuinka Kuumamme loi jättiläinen vaikutus aikaisen Maan ja toisen Marsin kokoisen planeettakappaleen välille. "Tämä oli traumaattisin tapahtuma, jonka maapallo todennäköisesti on koskaan käynyt, ja se oli aika, jolloin luultavasti Maa ja Kuu molemmat muodostivat ytimensä", Bottke sanoi.
Raskas rauta putosi kahden rungon keskipisteeseen, ja niin kutsuttujen erittäin siderofiilisten tai metalleja rakastavien elementtien, kuten renium, osmium-platina, palladium ja kulta, olisi pitänyt seurata rautaa ja muita metalleja ytimeen jälkimainingeissa. Kuunmuodostustapahtuman seurauksena, jättäen näiden kappaleiden kiviset kuoret ja vaipat tyhjiksi näistä elementeistä.
"Nämä elementit rakastavat seurata metallia", Bottke sanoi, "joten jos metalli valuu ytimeen, nämä elementit haluaisivat valua mukanaan. Joten jos tämä on totta, mitä voisimme odottaa, että vaipallamme johdetuissa kiveissä ei tulisi olla melkein mitään erittäin siderofiilisia elementtejä, ehkä 10 - miinus 5. taso tai niin. Mutta yllättäen, emme näe sitä. Niitä on vain vähemmän runsaasti kertoimella, joka on vähemmän kuin 200, verrattuna siihen, mitä voisimme odottaa, kertoimella noin 100 000. "
Bottke kertoi, että tähän ongelmaan on kiistelty 1970-luvulta lähtien, ja hän on antanut erilaisia ehdotuksia ongelmaan vastaamiseksi.
”Hyvin toteutettavissa oleva vastaus on, että kun Kuun muodostuva isku tapahtui, siellä oli myös muita asioita, jotka osuivat Maapallon päälle planeetan muodostumisen myöhäisvaiheissa, pienempiä esineitä, ja nämä pienemmät esineet täydensivät näitä elementtejä ja antoivat meille runsauden nähdä tänään. Tätä me kutsumme myöhästymiseen, ”hän sanoi.
Kuulla sama asia tapahtui. Mutta tässä skenaariossa oli ongelma. Näiden elementtien suhde maan päällä Kuun kiviin verrattuna on noin 1000-1.
"Maapallon painovoimainen poikkileikkaus on noin 20-kertainen kuin Kuun", Bottke sanoi: "Joten jokaiselle Kuuhun osuvalle esineelle noin kahdenkymmenen olisi pitänyt osua Maahan. Ja jos myöhäinen lisäys toimitti nämä elementit, sinun pitäisi olla noin 20: 1. Mutta se ei ole mitä me näemme - näemme suhteen 1000: 1. ”
Bottke - planetaarinen dynamacisti - keskusteli tästä kollega David Nesvornyn kanssa, myös SWRI: stä, sekä geofysikaalisten ja geokemiallisten mallineiden kanssa, kuten Richard Walker Marylandin yliopistosta, James Day Marylandin yliopistosta ja Linda Elkins-Tanton Marylandin yliopistosta. Massachusettsin Teknologian Instituutti.
He keksivät tietokonemallin, joka näytti tarjoavan vastauksen.
"Pelaamalla rulettiä näiden esineiden kanssa, huomasin, että hyvin usein Maa joutui valtavien iskujen päälle, joita Kuu ei koskaan näe", Bottke sanoi. "Tämä tulos viittaa siihen, että asioita, jotka osuivat maapalloa ja kuuta planeetan muodostumisjakson lopussa, hallitsivat erittäin suuret esineet."
Malli ennusti, että suurin myöhäisistä iskulaitteista maan päällä on halkaisijaltaan 2 400–3 200 km (1 500–2 000 mailia), kun taas Kuun suunnat ovat noin 240–320 km.
Bottke kutsui sitä "söpöksi" tulokseksi - mutta he tarvitsivat enemmän todisteita. Joten he katsoivat viimeistä selviytynyttä asukasta, joka rakensi planeettoja, sisäisen asteroidivyön. "Löydät suuria asteroideja, kuten Ceres, Vesta ja Pallas", Bottke kertoi, joten suuria on 500 - 900 km, mutta silloin seuraavaksi suurimmat asteroidit ovat vain noin 250 km. Tämä vastasi mallejamme keksimiä kokoja ”, joissa tällä alueella ei havaita mitään asteroideja, joiden koko on” välillä ”.
Seuraavaksi he katsoivat Marsia, jolla on joitain erittäin suuria vaikutusaltoja, jotka ovat todennäköisesti jäljellä siitä ajasta, jona planeetta muodostui, mukaan lukien Borealis-allas, joka on niin suuri, että se todennäköisesti vastaa pohjoisen ja eteläisen pallonpuoliskon eroista Punainen planeetta.
”Tarkastelimme ja ennakoimme niiden iskulaitteiden koon, jotka olisivat luoneet ne iskulaitteet, ja näimme, että kokojakauma oli hyvin samanlainen kuin mitä Maalle ja Kuulle ennustettiin, ja myös sisäisen asteroidihihnan löytyy.
Joten kaikki nuo asiat yhdessä - teoreettinen perusta, Maan ja Kuun elementtien havainnolliset todisteet ja vaikutukset Marsiin sanovat yhdessä jotain esineiden koon jakautumisesta kohti planeetan muodostumisen loppua.
Ja mitä seurauksia?
"Voimme tehdä ennusteita siihen, mikä maata, kuuta ja Marsia iski tuolloin, ja ne rinnastuvat siihen, mitä näemme pinnoilla", Bottke sanoi. "Marsilla voimme pelata peliä, mikä on suurimpia ammuksia, joiden olisi pitänyt lyödä Marsiin. Se vastaa hyvin sitä suurta altaan kokoa, joka muodostui Marsille, ja tuotti myös runsaasti elementtejä, joita näemme siellä."
"Kuun kohdalla suurimmat iskulaitteet olisivat 250-300 km, joka on suunnilleen etelänavan Aikenin altaan kokoinen", Bottke jatkoi. "Maan kannalta nämä suuret iskulaitteet selittävät, miksi jotkut näistä vaikutuksista onnistuivat osumaan maahan, eikä kaikki elementit menneet maan ytimeen."
Bottke kertoi, että komplikaatioiden lisääntyessä jotkut suurimmista vaikutuksista ovat tosiaankin kyntäneet maan läpi ja tosiasiallisesti tulleet toiselle puolelle - hyvin hajanaisessa tilassa - ja saaneet takaisin maan päälle. "Jos tämä on totta, tämä tarjoaa tavan levittää fragmentteja koko maapallon", hän sanoi, "mutta miten roskat jakautuvat planeettakappaleen ympärille, on todella mielenkiintoinen kysymys. Tämä osa tarvitsee paljon enemmän työtä ja on yksinkertaisesti tällä hetkellä reunalla siihen, mitä voimme tehdä numeerisesti. "
Kun kyse on vedestä Kuun sisätiloissa - jonka aikoinaan ajateltiin olevan kuivia, mutta viimeaikaiset näytteelliset mittaukset kuitenkin viittaavat siihen, että kuukausivaipan vesipitoisuus on välillä 200 - useita tuhansia osia miljardiin -, Bottken malli voisi myös puuttua tähän ongelma.
"Jos totta", joukkue kirjoittaa paperissaan, "on mahdollista, että sama ammus, joka toimitti suurimman osan Kuun HSE: stä, on saattanut myös tarjota sille vettä. .Myöhäinen lisäys tarjoaa vaihtoehtoisen selityksen, jos kuunvaippavesi ei voi siirtyä. jättiläisen jälkeisestä vaikutuksesta maapallolle kasvavaan kuuhun kuuman ja pääosin höyrystyneen protolunarlevyn kautta. "
Kysymykseen siitä, miksi pienemmät ammukset osuivat Kuuhun verrattuna Maahan, Bottke kertoi, että se on vain numeropeli. "Aloitamme väestöstä, jolla on tietty määrä suuria asioita, keskisuuria ja pieniä asioita", hän sanoi. Ja valitsemme satunnaisesti ammuksia tuosta populaatiosta ja jokaisesta suuresta kaverista, joka iskee kohti Kuua, 20 osui maahan. Ja me pelaamme sitä peliä, ja jos ammusten lukumäärä on rajoitettu, jos Kuu osuu vain kerran tai kahdesti tästä populaatiosta, se tarkoittaa, että Maa saa osuman 20-30 kertaa, se on tarpeeksi antaa meille - useimmissa tapauksissa - mitä näemme. ”
Bottke kertoi, että tämä tutkimus antoi hänelle mahdollisuuden työskennellä geokemien kanssa, ”joilla on kaikenlaisia mielenkiintoisia asioita, jotka auttavat rajoittamaan prosesseja, jotka ovat johtaneet planeetan muodostumiseen. Ongelmana on, että joskus heillä on hienoa tietoa, mutta heillä ei ole dynaamista prosessia, joka voisi toimia. Joten työskentelemällä yhdessä uskon, että pystyimme keksimään mielenkiintoisia tuloksia. ”
"Mielenkiintoisin asia on, että meidän pitäisi pystyä käyttämään näitä maapallolla, Kuulla ja Marsilla olevia runsautta kertomaan tarina planeetan muodostumisesta", Bottke sanoi.
Lähteet: Tiede, puhelinhaastattelu Bottken kanssa
