Mars to mała planeta. W rzeczywistości dla naukowców zajmujących się modelowaniem Układu Słonecznego planeta jest też mały. „Każdy, kto wykonuje symulacje tego, jak tworzysz planety ziemskie, zawsze ma Marsa, który jest 5-10 razy większy niż w rzeczywistości.” Minton współpracuje z kolegą dr Halem Levisonem nad stworzeniem nowych symulacji wyjaśniających niewielki rozmiar Marsa poprzez uwzględnienie efektu tzw. Migracji napędzanej planetą, a dodatkowo małe obiekty, które Minton nazywa „Marstinis”, mogą się poruszać lub trząść nasze pomysły na temat wczesnego układu słonecznego i późnego ciężkiego bombardowania.
Planetolodzy zgadzają się, że planety ziemskie uformowały się bardzo szybko w ciągu pierwszych 50-100 milionów lat historii Układu Słonecznego, a nasz Księżyc powstał w wyniku uderzenia między obiektem wielkości Marsa a proto-Ziemią w pewnym momencie w tym czasie. Znacznie później nastąpił Późny Ciężki Bombardowanie, okres, w którym duża liczba kraterów uderzeniowych utworzyła się na Księżycu w ciągu zaledwie siedemdziesięciu milionów lat - i przez wnioskowanie z Ziemi, Merkurego, Wenus i Marsa prawdopodobnie również zostały uderzone.
Większość teorii formacji planetarnych nie jest w stanie uwzględnić tak intensywnego okresu bombardowań tak późno w historii Układu Słonecznego, ale Levison był częścią zespołu, który w 2005 roku zaproponował Model Nicei, który sugerował, w jaki sposób wywołano Późne Ciężkie Bombardowanie, gdy gigantyczne planety - który uformował się w bardziej zwartej konfiguracji - szybko migrował od siebie (a ich separacje orbit wzrosły wszystkie), a dysk małych „planetesimali”, który leżał poza orbitami planet, został zdestabilizowany, powodując nagłą masową dostawę tych planetesimals - asteroidy i komety - do wewnętrznego układu słonecznego.
Ale według modelu planetozymale prawdopodobnie również spowodowały migrację planet. Planety powstały z gigantycznego dysku gazu, pyłu, skalistych gruzów i lodu otaczającego wczesne Słońce. Szczątki połączyły się, tworząc większe obiekty wielkości planety, a symulacje pokazują, że większy obiekt wielkości planety osadzony w dysku z mniejszymi obiektami migruje w wyniku momentu pędu i zachowania energii w miarę, jak planety rozpraszają napotkane na nich planetozymale.
„Perturbacje z małych skalistych lub lodowych obiektów otaczających większy obiekt mogą powodować, że większy obiekt„ przesuwa się ”po dysku”, powiedział Minton dla czasopisma Space Magazine. „Za każdym razem, gdy te małe planetozymale napotykają większy obiekt, w rzeczywistości powodują nieznaczne przesunięcie w pozycji większego obiektu. Okazuje się, że jeśli ćwiczysz matematykę, jeśli istnieje jakakolwiek niewielka nierównowaga w liczbie obiektów napotykanych po stronie słońca w porównaniu do napotykania po stronie przeciw słońca, możesz faktycznie spowodować ruch netto dużego ciała, i dzieje się to dość szybko. ”
Minton i Levison zastosowali tę samą fizykę migracji napędzanych planetą do formowania planet ziemskich.
„W przypadku Marsa wyobraź sobie te embriony planetarne znajdujące się w strefie Ziemia-Wenus” - powiedział Minton. „Potem masz mały embrion, który rośnie do wielkości Marsa, i zacząłby migrować z powodu migracji napędzanej planetą, i odrywa się od innych facetów. Więc opuścił paczkę i poruszając się po dysku, zostaje odcięty od miejsca, w którym dzieje się cała akcja. ”
Wzrost Marsa utknął w martwym punkcie, ponieważ migrował z materiałów do budowy planety.
Minton powiedział, że ich symulacje tej pracy są naprawdę dobre.
„Robiliśmy dużo matematyki, a migracja jest dość szybka” - powiedział - „a Mars może migrować przez dysk, zanim powstanie jakakolwiek inna planeta wielkości Marsa. We wczesnym Układzie Słonecznym, w którym Mars wylądował na krawędzi dysku w wysokości 1,5 AU, to właśnie tam jest teraz, a wszystkie inne działania zachodzące w strefie Ziemia-Wenus, to Ziemia i Wenus były w stanie dorastają do rozmiarów, w których są teraz, gdzie oba mają w przybliżeniu ten sam rozmiar i masę, a Mars jest pozostawiony sam sobie.
A w przypadku Marsa istnieje zwrot Marstinis, który może stanowić alternatywne wyjaśnienie późnego ciężkiego bombardowania.
Migrujący Mars mógł wychwycić planetozymale w swoim rezonansie, w którym dwa lub więcej orbitujących ciał wywiera na siebie wpływ grawitacyjny.
„To wcale nie jest oczywiste, dlaczego tak jest - powiedział Minton - ale uważa się, że to samo wydarzyło się w zewnętrznym Układzie Słonecznym, który dał Plutonowi orbitę. Uważamy, że Plutona rzeczywiście wychwycono w rezonansie 3: 2 z Neptunem, kiedy Neptun wyemigrował, i dlatego Pluton i inni „Plutinos” żyją w tych rezonansach z Neptunem ”.
Plutinos to inne obiekty Pasa Kuipera w pobliżu Plutona. Ten rezonans oznacza, że Pluton i Plutinos okrążają Słońce trzy razy za każde 2 razy, co robi Neptun. Istnieją również dwa tinos, które zostają złapane w rezonans 1: 2 z Neptunem - i które znajdują się w kierunku zewnętrznej krawędzi pasa Kuipera. Nowe symulacje pokazują, że te linie rezonansów są prawie jak pług śnieżny, a kiedy migrował Neptune, wychwycił wszystkie te małe lodowe ciała, Plutona i Plutinosa.
To samo mogło się przytrafić Marsowi, a gdy Mars migrował przez dysk, zbierałby również małe przedmioty.
„Zdecydowałem się nazywać tych Marstini, aby pozostać w temacie Plutino i Two-tino” - powiedział Minton z szerokim uśmiechem. „Nie wiem, czy to się utrzyma, czy nie”.
Ale interesująca rzecz w Marstinis, powiedział Minton, jest to, że rezonans 3: 2 z Marsem jest w rzeczywistości bardzo niestabilną strefą.
„W rzeczywistości istnieje tam rezonans z Saturnem, który istniał tylko w czasie późnego ciężkiego bombardowania”, powiedział, „więc wcześniej Saturn - naszym zdaniem - był w innej pozycji, więc ten konkretny rezonans był w innej pozycji . Tak więc dopiero po migracji gigantycznych planet do ich bieżącej lokalizacji ta lokalizacja rezonansu stała się niestabilna. Uważamy więc, że Marstini byliby stabilni, aw tym okresie przejściowym między końcem formowania się planet a późnym ciężkim bombardowaniem region ten nagle stał się niestabilny, gdy planety przesunęły się na swoje obecne lokalizacje. ”
Czy Marstini mogliby być odpowiedzialni za późne ciężkie bombardowanie?
„Marstini zostali wypchnięci z planet tworzących regiony na pas asteroid”, powiedział Minton, „potem nagle migrowały planety, a cały region stał się niestabilny, więc wszystkie mogły rzucić się w wewnętrzny układ słoneczny i w końcu uderzają w Księżyc. ”
Jest też kilka innych argumentów, w których Marstini pasują do profilu tego, co uderzyło w Księżyc podczas późnego ciężkiego bombardowania.
„Mamy powody, by sądzić, że obiekty, które uderzyły w Księżyc podczas późnego ciężkiego bombardowania, były trochę jak asteroidy, ale nie tak dokładnie jak te, które mamy obecnie” - powiedział Minton. „Istnieje więc kilka argumentów chemicznych, które możesz wysunąć, a także możesz argumentować na podstawie prawdopodobieństwa uderzenia, które mogło nie mieć wystarczającej masy w pasie asteroid, aby dostarczyć wszystkie asteroidy i uderzenia, które widzimy na Księżycu.”
Ale są jeszcze inne nierozstrzygnięte kwestie, takie jak czas trwania późnego ciężkiego bombardowania, kiedy się zaczął, czy komety były kiedykolwiek ważne w historii bombardowań na Księżycu, czy też były to asteroidy? Minton powiedział, że dalsze badania Księżyca odpowiedzą na wiele z tych pytań.
„To są wszystkie rzeczy, które naprawdę musimy udać się na Księżyc, aby się dowiedzieć, i nie ma prawie nic innego, gdzie możesz to zrobić. To naprawdę jedno z najlepszych miejsc, w których można poznać całą historię Układu Słonecznego.
Minton zaprezentuje swoje odkrycia na zbliżającej się Konferencji Nauk Księżycowych i Planetarnych w marcu 2011 roku.
Możesz wysłuchać wywiadu przeprowadzonego z Mintonem na temat migracji napędzanej planetą dla podcastu NASA Lunar Science Institute (dostępny również w 365 Days of Astronomy).
