Üks planeediteaduse põhiprobleeme on püüda kindlaks teha, kuidas sisemise Päikesesüsteemi planeedikehad moodustusid ja arenesid. Uus arvutimudel viitas sellele, et tohutud objektid - mõned nii suured kui suured Kuiperi vöö objektid nagu Pluto ja Eris - pistsid planeedi moodustumise hilises staadiumis Maa, Kuu ja Marsi tõenäoliselt tuues planeetide pindadele raskmetalle. See NASA Lunari teadusinstituudi erinevate teadlaste loodud mudel käsitleb üllatavalt palju erinevaid päikesesüsteemi mõistatusi, näiteks kuidas Maa suudaks säilitada metalli armastavaid elemente, näiteks mantelist leitud kulda ja plaatina, kuidas Kuu võis tegelikult olla märg ja asteroidide suuruse kummaline jaotus.
"Enamik planeetide moodustumise hilises staadiumis toimunu tõendeid on aja jooksul kustutatud," ütles uurimisrühma juhtinud Edela-uuringute instituudist pärit Bill Bottke. "Jälg, mida nendes maailmades oleme jälginud, on üsna külm ja võimalus põnevat olemasolevast kaevata ja pikaajalistele probleemidele vastata on päris põnev."
Bottke ütles ajakirjale Space Magazine, et lugu, mida see uus mudel jutustab, “pole nii keeruline, kui esmapilgul tundub”, ütles ta. "See sisaldab palju mõisteid koos ja mõned neist on juba mõnda aega olemas olnud."
Bottke ja tema meeskond on avaldanud oma tulemused ajakirjas Teadus.
Teadlased alustasid laialt aktsepteeritud teooriaga, kuidas meie Kuu lõi hiiglasliku löögi kaudu varajase Maa ja teise Marsi suuruse planeedikeha vahel. "See oli kõige traumeerivam sündmus, mille Maa kunagi läbi elanud on, ja just siis moodustasid Maa ja Kuu mõlemad tuumad," ütles Bottke.
Raske raud langes kahe keha keskmesse ja niinimetatud väga siderofiilsed ehk metalli armastavad elemendid, nagu näiteks reenium, osmiumi plaatina, pallaadium ja kuld, oleksid pidanud raua ja muude metallide tuumale järgnema Kuu moodustamise sündmuse osa, jättes nende kehade kivised koorikud ja vahevööd nendest elementidest tühjaks.
"Need elemendid armastavad metalli jälgida," ütles Bottke, "nii et kui metall tühjeneb südamikku, siis tahaksid need elemendid koos nendega ära voolata. Nii et kui see on õige, siis eeldaksime, et meie vahevööst tuletatud kivimitel ei tohiks olla peaaegu väga tugevalt siderofiilseid elemente, võib-olla 10 kuni miinus 5-ni. Kuid üllataval kombel ei näe me seda. Neid on vähem kui tegur vähem kui 200, võrreldes sellega, mida võiksime oodata, teguriga 100 000 või nii. ”
Bottke ütles, et selle probleemi üle on vaieldud alates 1970. aastatest, pakkudes mitmesuguseid soovitusi, kuidas sellele probleemile vastata.
“Kõige otstarbekam vastus on see, et pärast Kuu moodustava löögi toimumist oli ka muid asju, mis tabasid Maa planeedi moodustumise hilises staadiumis, objektid, mis olid väiksemad, ja need väiksemad objektid täiendasid neid elemente ja andsid meile külluse, mida me vaata täna. See on see, mida me nimetame hiliseks aktiveerimiseks, ”sõnas ta.
Kuul juhtus sama asi. Kuid selle stsenaariumi puhul oli probleeme. Nende elementide suhe Maal võrreldes Kuu kivimitega on umbes 1000 kuni 1.
"Maa gravitatsiooniline ristlõige on umbes 20 korda suurem kui Kuu oma," ütles Bottke: "Nii et iga Kuud tabanud objekti kohta oleks pidanud Maad tabama umbes kakskümmend. Ja kui hiline aktiveerimine andis need elemendid kätte, peaksite suhe olema umbes 20: 1. Kuid see pole see, mida me näeme - näeme suhet 1000: 1. ”
Bottke - planeedi dünamašist - arutas seda oma kolleegi David Nesvornyga, kes on pärit ka SWRI-st, ning geofüüsikalis-geokeemiliste modelleerijatega, nagu Richard Walker Marylandi ülikoolist, James Day Marylandi ülikoolist ja Linda Elkins-Tantoniga Massachusettsi Tehnoloogiainstituut.
Nad tulid välja arvutimudeliga, mis näis andvat vastuse.
"Mängides nende objektidega ruletti, avastasin, et väga sageli tabasid Maad tohutud löökkatsekehad, mida Kuu kunagi ei näeks," sõnas Bottke. "See tulemus viitab sellele, et planeeti moodustava perioodi lõpus Maad ja Kuud tabanud asjades domineerisid väga suured objektid."
Mudel ennustas, et suurim hilistest löökkatsekehadest Maal on läbimõõduga 2400–3200 km (1500–2000 miili), Kuule aga umbes 240–320 km.
Bottke nimetas seda “armsaks” tulemuseks - kuid nad vajasid rohkem toetavaid tõendeid. Niisiis, heitsid nad pilgu planeedide ehitanud asjade viimase ellujäänud elanikkonna juurde - sisemise asteroidi vöö. "Leiate suuri asteroide, nagu Ceres, Vesta ja Pallas" ütles Bottke, nii et seal on suured 500 kuni 900 km kaugusel, kuid siis on teie suuruselt järgmised asteroidid vaid umbes 250 km. See sobis kokku suurustega, millega meie mudel välja tuli, ”milles selles piirkonnas ei täheldata ühtegi“ vahelise ”suurusega asteroidi.
Järgmisena vaatasid nad Marssi, millel on mõned väga suured löögibasseinid, mis on tõenäoliselt alles planeedi moodustumise päevadest, sealhulgas Borealise bassein, mis on nii suur, et see kajastab tõenäoliselt põhja- ja lõunapoolkera erinevusi Punane planeet.
„Vaatasime ja prognoosisime nende löökkatsekehade suurust, mis oleksid need löögikogumid loonud, ja nägime, et suuruste jaotus sarnaneb väga Maa ja Kuu jaoks ennustatuga ning samuti sisemise asteroidi vööga.
Nii et kõik need asjad koos - teoreetiline alus, Maa ja Kuu elementide vaatluslikud tõendid ning Marsile avaldatavad mõjud räägivad ühiselt midagi objektide suuruse jaotusest planeedi moodustumise lõpu poole.
Ja mis on selle tagajärjed?
"Me võiksime teha ennustusi selle kohta, mis sel ajal Maad, Kuud ja Marsi tabas, ja need on kooskõlas sellega, mida me pindadel näeme," ütles Bottke. "Marsil saame mängida mängu, mis on suurimad mürsud, mis oleks pidanud Marsi tabama, ja see sobib hästi kokku selle suure basseini suurusega, mis Marsil moodustus, ja tekitas ka seal nähtavate elementide rohkuse."
"Kuu jaoks oleks suurimad löökkatsekehad 250-300 km, mis on umbes lõunapooluse Aikeni jõgikonna suurus," jätkas Bottke. "Maa jaoks selgitavad need suured löökkatsekehad, miks mõned neist mõjudest suutsid Maad tabada ja mitte kõik elemendid läksid Maa tuuma."
Bottke ütles, et tüsistustele lisandudes võisid mõned suurimad mõjud tegelikult Maa läbi kündda ja tegelikult teiselt poolt välja tulla - väga killustatud olekus - ning Maa peal tagasi vihma sadada. "Kui see on tõsi, pakub see viisi kildude levikuks kogu Maa peale," sõnas ta. "Kuid see, kuidas praht ümber planeedi keha ümber jaotub, on tõesti huvitav küsimus. See osa vajab palju rohkem tööd ja on praegu lihtsalt selle ees, mida me numbriliselt teha saame. "
Kui rääkida Kuu sisekujunduse veest - mis kunagi arvati olevat kuiv, kuid hiljutised proovimõõtmised viitavad sellele, et Kuu vahevöö veesisaldus on vahemikus 200 kuni mitu tuhat osa miljardis -, siis võiks Bottke'i mudeliga seda ka lahendada probleem.
"Kui see on tõsi," on meeskond kirjutanud oma paberil, "on võimalik, et sama mürsk, mis toimetas enamiku Kuu HSE-dest, võis seda ka veega varustada ... .Hiline paisumine pakub alternatiivset selgitust juhuks, kui Kuuvaiba vesi ei saa rännata. hiiglaslikust kokkupõrkest Maast kasvava Kuuni läbi kuuma ja suuresti aurustunud protolunaarse ketta. ”
Selle kohta, miks väiksemad mürsud Maaga võrreldes Kuud tabavad, ütles Bottke, et see on lihtsalt numbrimäng. "Alustame elanikkonnast, kellel on teatud arv suuri asju, keskmise suurusega ja väikeseid asju," ütles ta. Ja me valime juhuslikult mürsud selle elanikkonna hulgast ja iga ühe suure Kuu tabamuse jaoks tabas 20 Maa. Ja me mängime seda mängu ja kui mürskude arv on piiratud, kui Kuule tabatakse sellest populatsioonist ainult üks või kaks korda, tähendab see, et Maa tabab 20-30 korda, see on piisav, et anda meile - enamikul juhtudel - mida me näeme. ”
Bottke ütles, et see uurimistöö andis talle võimaluse teha koostööd geokeemikutega, kellel on kõiksugu huvitavaid asju, mis aitavad piirata planeedi moodustumise põhjustanud protsesse. Probleem on selles, et mõnikord on neil palju teavet, kuid neil pole dünaamilist protsessi, mis saaks toimida. Nii et ma arvan, et koos töötades jõudsime huvitavate tulemusteni. ”
"Minu jaoks on kõige põnevam see, et me peaksime saama kasutada neid arvukusi, mis meil Maal, Kuul ja Marsil on, et tõepoolest rääkida lugu planeedi moodustumisest," sõnas Bottke.
Allikad: teadus, telefoniintervjuu Bottke'iga
