Viena iš pagrindinių planetų mokslo problemų yra bandymas nustatyti, kaip vidinėje Saulės sistemoje formavosi ir vystėsi planetų kūnai. Naujas kompiuterio modelis leidžia manyti, kad didžiuliai objektai - kai kurie tokie dideli, kaip dideli Kuiperio juostos objektai, kaip Plutonas ir Erisas - vėlyvuosiuose planetų formavimosi etapuose galėjo pumpuoti Žemę, Mėnulį ir Marsą, atnešdami sunkiųjų metalų į planetų paviršius. Šis modelis, kurį sukūrė įvairūs NASA Mėnulio mokslo instituto tyrėjai, stebėtinai atkreipia dėmesį į daugybę įvairių Saulės sistemos galvosūkių, pavyzdžiui, kaip Žemė galėjo išlaikyti metalą mylinčius elementus, tokius kaip auksas ir platina, rastas jo apvalkale, kaip Mėnulis iš tikrųjų galėjo būti šlapias, o keistas asteroidų dydžio pasiskirstymas.
„Dauguma įrodymų, kas nutiko vėlyvuosiuose planetų formavimosi etapuose, bėgant laikui buvo ištrinti“, - sakė tyrėjų komandai vadovavęs Billas Bottke'as iš Pietvakarių tyrimų instituto. „Pėdsakai, kuriuos stebėjome šiuose pasauliuose, yra gana šalti, ir gana įdomu sugebėti išgauti daugiau informacijos iš to, ką turime, ir atsakyti į kai kurias ilgalaikes problemas“.
Bottke'as sakė „Space Magazine“, kad naujojo modelio pasakojama istorija nėra tokia sudėtinga, kaip atrodo iš pirmo žvilgsnio “. „Tai apima daug sąvokų kartu, o kai kurios sąvokos jau kurį laiką egzistuoja“.
Bottke'as ir jo komanda paskelbė rezultatus žurnale Mokslas.
Tyrėjai pradėjo nuo plačiai priimtos teorijos, kaip mūsų Mėnulį sukūrė milžiniškas smūgis tarp ankstyvosios Žemės ir kito Marso dydžio planetinio kūno. „Tai buvo traumiškiausias įvykis, kurį Žemė tikriausiai kada nors išgyveno, ir tada buvo numanoma, kad Žemė ir Mėnulis abu suformavo savo branduolį“, - teigė Bottke.
Sunkioji geležis nukrito į abiejų kūnų centrą, o vadinamieji labai siderofilai arba metalus mylintys elementai, tokie kaip renis, osmio platina, paladžio ir auksas, turėjo po geležies ir kitų metalų patekti į šerdį. Mėnulio formavimo įvykio, paliekant uolėtas šių kūnų plutele ir mantijomis šių elementų tuštumą.
„Šie elementai mėgsta sekti metalą“, - sakė Bottke, „taigi, jei metalas nuteka į šerdį, šie elementai norėtų nusausinti su savimi. Taigi, jei tai teisinga, ko mes tikėtumėmės, kad iš mūsų mantijos kilusios uolienos beveik neturėtų labai siderofilinių elementų, o gal nuo 10 iki minuso 5 lygio. Tačiau stebėtina, kad ne to mes matome. Jų yra tik mažiau, o jų koeficientas mažesnis nei 200, palyginti su tuo, ko mes tikėtumesi, maždaug 100 000 kartų. “
Bottke'as teigė, kad apie šią problemą buvo diskutuojama nuo aštuntojo dešimtmečio ir pateikiami įvairūs pasiūlymai, kaip išspręsti šią problemą.
„Labiausiai pagrįstas atsakymas yra tas, kad įvykus Mėnulio formavimo poveikiui, buvo ir kitų dalykų, kurie Žemę užklupo vėlyvuoju planetos formavimo etapu, mažesnių objektų, o šie mažesni objektai papildė šiuos elementus ir suteikė mums gausą pamatyti šiandien. Tai mes vadiname vėlyvu akcentavimu “, - sakė jis.
Mėnulyje vyko tas pats. Tačiau iškilo šio scenarijaus problema. Šių elementų santykis Žemėje, palyginti su uolienomis Mėnulyje, yra apie 1000 iki 1.
„Žemės gravitacinis skerspjūvis yra maždaug 20 kartų didesnis nei Mėnulio“, - sakė Bottke'as. Taigi kiekvieno objekto, kuris pataikė į Mėnulį, žemė turėjo būti maždaug dvidešimt. Ir jei pavėluotai pasirodžius šiems elementams, santykis turėtų būti nuo 20 iki 1. Bet ne tai mes matome - matome santykį nuo 1000 iki 1. “
Bottke - planetinis dynamatizmas - aptarė tai su kolega Davidu Nesvornyu, taip pat iš SWRI, taip pat su geofizikiniais-geocheminiais modeliuotojais, tokiais kaip Richardas Walkeris iš Merilando universiteto, Jamesas Day iš Merilando universiteto ir Linda Elkins-Tanton iš Masačiusetso Technologijų Institutas.
Jie sugalvojo kompiuterio modelį, kuris neva pateikė atsakymą.
„Žaisdamas ruletę su šiais objektais aš sužinojau, kad labai dažnai Žemę užklupo didžiuliai smogtuvai, kurių Mėnulis niekada nematytų“, - teigė Bottke'as. „Šis rezultatas rodo, kad planetos formavimo laikotarpio pabaigoje Žemę ir Mėnulį užklupę dalykai dominavo labai dideliais objektais“.
Modelis prognozavo, kad didžiausias iš vėlyvųjų smūgių Žemėje yra 2 400–3 200 km (1500–2 000 mylių) skersmens, o Mėnulio - maždaug 240–320 km.
Bottke'as tai pavadino „mielu“ rezultatu, tačiau jiems reikėjo daugiau patvirtinančių įrodymų. Taigi, jie pažvelgė į paskutinę išlikusią populiaciją iš dalykų, kurie pastatė planetas, vidinį asteroido diržą. „Jūs rasite didelius asteroidus, tokius kaip Ceresas, Vesta ir Pallas“, sakė Bottke, taigi yra ir dideli, kurie nuvažiuojami nuo 500 iki 900 km, tačiau kiti jūsų didžiausi asteroidai yra tik apie 250 km. Tai atitiko dydžius, kuriuos sugalvojo mūsų modelis “, kuriame šiame regione nepastebėta jokių asteroidų, kurių dydis yra„ tarp jų “.
Vėliau jie pažvelgė į Marsą, kuriame yra keletas labai didelių smūginių baseinų, kurie tikriausiai liko nuo tų laikų, kai susiformavo planeta, įskaitant Borealio baseiną, kuris yra toks didelis, kad greičiausiai jis atspindi šiaurinio ir pietinio pusrutulių skirtumus. Raudonoji planeta.
„Mes pasižiūrėjome ir prognozavome smogtuvų, kurie būtų sukūrę tuos smūginius baseinus, dydį. Pamatėme, kad dydžių pasiskirstymas labai primena Žemės ir Mėnulio prognozes, taip pat tai, kas yra vidiniame asteroido dirže.
Taigi visi šie dalykai kartu - teorinis pagrindas, stebimi įrodymai iš elementų Žemėje ir Mėnulyje bei poveikis Marsui bendrai pasako apie objektų dydžių pasiskirstymą planetos formavimosi pabaigos link.
O kokie tai padariniai?
„Mes galėjome numatyti, kas tuo metu smogė Žemei, Mėnuliui ir Marsui, ir jie atitinka tai, ką matome paviršiuose“, - teigė Bottke'as. „Iš Marso galime žaisti žaidimą, kuris yra didžiausias sviedinys, kuris turėjo atsitrenkti į Marsą. Tai gerai atitinka tą didelį baseino dydį, kuris susiformavo ant Marso, taip pat pagamino daugybę elementų, kuriuos matome ten“.
„Mėnuliui didžiausi smogtuvai būtų 250–300 km, tai yra maždaug pietinio poliaus Aiken baseino dydis“, - tęsė Bottke'as. „Žemei šie dideli smogikai paaiškina, kodėl kai kurie iš šių smūgių sugebėjo atsitrenkti į žemę, o ne visi elementai pateko į Žemės branduolį“.
Bottke'as teigė, kad dar labiau padidindamas komplikacijas, kai kurie didžiausi padariniai iš tikrųjų galėjo prasiskverbti pro Žemę ir iš tikrųjų išlipti iš kitos pusės - labai susiskaldžiusios būsenos - ir vėl lietus žemėje. „Jei tai tiesa, tai suteikia galimybę fragmentus paskleisti po visą Žemę“, - sakė jis. „Tačiau kaip šiukšlės pasiskirsto aplink planetos kūną, yra tikrai įdomus klausimas. Šiai daliai reikia daug daugiau darbo ir ji yra tiesiog toje vietoje, ką galime padaryti skaitine prasme. “
Kai kalbama apie vandenį Mėnulio viduje - kuris kadaise buvo manomas kaip sausas, tačiau naujausi mėginių matavimai vis dėlto rodo, kad mėnulio mantijoje vandens kiekis yra nuo 200 iki kelių tūkstančių dalių viename milijarde - Bottke modelis taip pat galėtų tai spręsti. sutrikimas.
„Jei tai tiesa“, - rašo komanda savo dokumente, „gali būti, kad tas pats sviedinys, kuris išnešė didžiąją Mėnulio HSE dalį, taip pat aprūpino jį vandeniu… .Vėlyvasis gaudymas suteikia alternatyvų paaiškinimą, jei mėnulio mantijos vanduo negali migruoti. iš po žemės milžiniško smūgio į augančią Mėnulį per karštą ir daugiausia išgarintą protolunarinį diską. “
Klausimas, kodėl mažesni sviediniai smogė Mėnuliui, palyginti su žeme, Bottke teigė, kad tai tik skaičių žaidimas. „Mes pradedame nuo gyventojų, turinčių daug didelių, vidutinių ir mažų dalykų“, - sakė jis. „Ir mes atsitiktinai pasirenkame sviedinius iš tų gyventojų ir kiekvienam dideliam vaikinui, atsitrenkančiam į Mėnulį, 20 atsitrenkė į Žemę. Ir mes žaidžiame tą žaidimą, o jei sviedinių skaičius yra ribotas, jei Mėnulis nuo šios populiacijos nukentės tik vieną ar du kartus, tai reiškia, kad Žemė nukentės 20–30 kartų, tai yra pakankamai, kad galėtume mums duoti - daugeliu atvejų - ką mes matome “.
Bottke'as teigė, kad šis tyrimas suteikė jam galimybę dirbti su geochemikais, „kurie turi visokių įdomių dalykų, kurie gali pasakyti apie planų formavimo procesus. Problema ta, kad kartais jie turi puikią informaciją, tačiau neturi dinaminio proceso, kuris galėtų veikti. Taigi dirbdami kartu manau, kad sugebėjome pasiekti įdomių rezultatų. “
„Man labiausiai jaudina tai, kad mes turėtume sugebėti panaudoti šias gausybes, kurias turime Žemėje, Mėnulyje ir Marse, kad iš tikrųjų papasakotume istoriją apie planetos susidarymą“, - sakė Bottke.
Šaltiniai: Mokslas, telefono pokalbis su Bottke
