Mocno kraterowana powierzchnia księżycowa przez bombardowanie asteroid. Źródło zdjęcia: NASA Kliknij, aby powiększyć
Według badaczy z University of California, Santa Cruz, uderzenia i zderzenia między zarodkowymi planetami w krytycznym okresie we wczesnej historii Układu Słonecznego mogą wyjaśniać niektóre wcześniej niewyjaśnione właściwości planet, asteroid i meteorytów. ich odkrycia w czasopiśmie Nature z 12 stycznia.
Cztery „ziemskie” lub skaliste planety (Ziemia, Mars, Wenus i Merkury) są produktami początkowego okresu trwającego dziesiątki milionów lat gwałtownych zderzeń między ciałami planetarnymi różnych rozmiarów. Naukowcy przeważnie rozważali te wydarzenia w kategoriach narastania nowego materiału i innych efektów na uderzającą planetę, podczas gdy impaktor nie poświęcał dużo uwagi. (Z definicji impaktor jest mniejszym z dwóch zderzających się ciał).
Ale kiedy planety zderzają się, nie zawsze trzymają się razem. Mniej więcej w połowie przypadków impaktor wielkości planety uderzający w inne ciało wielkości planety odbije się, a zderzenia uderzeniowe mają drastyczne konsekwencje dla impaktora, powiedział Erik Asphaug, profesor nauk o Ziemi w UCSC i pierwszy autor papier Nature.
„W rezultacie planety, które opuszczają miejsce zbrodni, wyglądają zupełnie inaczej niż wtedy, kiedy weszły - mogą stracić atmosferę, skorupę, a nawet płaszcz lub rozerwać je na mniejsze obiekty” - powiedział Asphaug .
Powiedział, że pozostałości tych zakłóconych impaktorów można znaleźć w pasie asteroid i wśród meteorytów, które są fragmentami innych ciał planetarnych, które wylądowały na Ziemi. Nawet planeta Merkury mogła być uderzającym i uderzającym impaktorem, który pozbawił znaczną część swoich zewnętrznych warstw, pozostawiając stosunkowo duży rdzeń oraz cienką skorupę i płaszcz, powiedział Asphaug. Ten scenariusz pozostaje jednak spekulacyjny i wymaga dodatkowych badań, powiedział.
Asphaug i doktorant Craig Agnor wykorzystali potężne komputery do przeprowadzenia symulacji szeregu scenariuszy, od wypasów po bezpośrednie trafienia między planetami o porównywalnych rozmiarach. Coauthor Quentin Williams, profesor nauk o Ziemi w UCSC, przeanalizował wyniki tych symulacji pod kątem ich wpływu na skład i stan końcowy pozostałości.
Naukowcy odkryli, że nawet bliskie spotkania, w których dwa obiekty tak naprawdę się nie zderzają, mogą poważnie wpłynąć na mniejszy obiekt.
„Gdy dwa masywne obiekty zbliżają się do siebie, siły grawitacyjne wywołują dramatyczne zmiany fizyczne - dekompresują, topią się, usuwają materiał, a nawet niszczą mniejszy obiekt” - powiedział Williams. „Możesz wykonywać wiele fizyki i chemii na obiektach w Układzie Słonecznym, nawet ich nie dotykając.”
Planeta wywiera ogromny nacisk na siebie poprzez grawitację, ale przyciąganie grawitacyjne większego obiektu przechodzącego w pobliżu może spowodować gwałtowny spadek tego ciśnienia. Williams powiedział, że skutki tego obniżenia ciśnienia mogą być wybuchowe.
„To jak odkorkowanie najbardziej gazowanego napoju na świecie” - powiedział. „To, co dzieje się, gdy planeta ulega dekompresji o 50 procent, jest czymś, czego nie rozumiemy zbyt dobrze na tym etapie, ale może przesunąć chemię i fizykę w dowolnym miejscu, wytwarzając złożoność materiałów, które mogą bardzo dobrze wyjaśniać heterogeniczność widzimy w meteorytach. ”
Uważa się, że formowanie planet naziemnych rozpoczęło się od fazy łagodnej akrecji w dysku gazu i pyłu wokół Słońca. Asphaug powiedział, że zarodkowe planety pochłonęły większość otaczającego ich materiału, dopóki wewnętrzny Układ Słoneczny nie pomieścił około 100 planet wielkości Księżyca do wielkości Marsa. Jak powiedział, interakcje grawitacyjne ze sobą oraz z Jowiszem wyrzuciły te protoplanety z ich okrągłych orbit, rozpoczynając erę gigantycznych uderzeń, która prawdopodobnie trwała od 30 do 50 milionów lat.
Naukowcy wykorzystali komputery do symulacji formowania się planet ziemskich z setek mniejszych ciał, ale większość z tych symulacji zakładała, że kiedy zderzają się planety, się trzymają, powiedział Asphaug.
„Zawsze wiemy, że jest to przybliżone, ale w rzeczywistości planety nie są łatwe do połączenia” - powiedział. „Nasze obliczenia pokazują, że muszą one poruszać się dość wolno i uderzać prawie czołowo, aby się zaaklimatyzować”.
Planeta łatwo przyciąga i akceptuje znacznie mniejszy obiekt niż on sam. Jednak w gigantycznych uderzeniach między ciałami wielkości planety impaktor jest porównywalny pod względem wielkości do celu. Asphaug powiedział, że w przypadku impaktora wielkości Marsa uderzającego w cel wielkości Ziemi impaktor miałby jedną dziesiątą masy, ale w pełni połowę średnicy Ziemi.
„Wyobraź sobie zderzające się dwie planety, o połowę większe od drugiej, pod typowym kątem uderzenia 45 stopni. Około połowa mniejszej planety tak naprawdę nie przecina większej planety, podczas gdy druga połowa jest zatrzymana martwa na swojej drodze ”, powiedział Asphaug. „Tak więc dzieje się ogromne ścinanie, a wtedy masz niewiarygodnie potężne siły pływowe działające z bliskiej odległości. Kombinacja ta powoduje rozerwanie mniejszej planety nawet podczas jej opuszczania, więc w najcięższych przypadkach impaktor traci dużą część swojego płaszcza, nie wspominając już o atmosferze i skorupie ”.
Według Agnora cały problem formowania się planet jest bardzo złożony, a odkrycie roli, jaką odgrywają zderzenia fragmentaryczne, będzie wymagało dalszych badań. Jednak badając zderzenia planet z perspektywy impaktora, naukowcy z UCSC zidentyfikowali mechanizmy fizyczne, które mogą wyjaśnić wiele zagadkowych cech planetoid.
Williams stwierdził, że zderzenia uderzeniowe mogą spowodować powstanie szerokiej gamy różnych planetoid. „Niektóre asteroidy wyglądają jak małe planety, niezbyt zakłócone, a na drugim końcu spektrum są te, które wyglądają jak bogate w żelazo kości psa w kosmosie” - powiedział. „Jest to mechanizm, który może usuwać różne ilości skalistego materiału, który tworzy skorupę i płaszcz. To, co pozostało, może rozciągać się od rdzenia bogatego w żelazo po cały zestaw mieszanin z różnymi ilościami krzemianów ”.
Jedną z zagadek pasa asteroid jest dowód na powszechne globalne topnienie planetoid. Ogrzewanie udarowe jest nieefektywne, ponieważ lokuje ciepło. Asphaug powiedział, że nie jest jasne, co może zmienić asteroidę w dużą stopioną kroplę, ale obniżenie ciśnienia podczas zderzenia może wystarczyć.
„Jeśli ciśnienie spadnie dwa razy, możesz przejść od czegoś, co jest po prostu gorące, do czegoś stopionego” - powiedział.
Rozprężanie może również spowodować odparowanie wody i uwolnienie gazów, co tłumaczyłoby, dlaczego wiele zróżnicowanych meteorytów jest zwykle wolnych od wody i innych substancji lotnych. Asphaug powiedział, że te i inne procesy zaangażowane w zderzenia uderzeniowe powinny być bardziej szczegółowo zbadane.
„Jest to nowy mechanizm ewolucji planet i formowania się planetoid i sugeruje wiele interesujących scenariuszy, które uzasadniają dalsze badania”, powiedział.
Oryginalne źródło: NASA Astrobiology
