Een van de fundamentele problemen in de planetaire wetenschap is om te bepalen hoe planetaire lichamen in het innerlijke zonnestelsel zijn gevormd en geëvolueerd. Een nieuw computermodel suggereert dat enorme objecten - sommige zo groot als grote Kuipergordel-objecten zoals Pluto en Eris - waarschijnlijk de aarde, de maan en Mars hebben geslagen tijdens de late stadia van planetaire vorming, waardoor zware metalen naar de planetaire oppervlakken werden gebracht. Dit model - gemaakt door verschillende onderzoekers van het NASA Lunar Science Institute - behandelt verrassend veel verschillende puzzels in het hele zonnestelsel, zoals hoe de aarde metaalminnend, elementen zoals goud en platina in zijn mantel zou kunnen behouden, hoe het interieur van de De maan kan zelfs nat zijn en de vreemde verdeling in de afmetingen van asteroïden.
"Het meeste bewijs van wat er tijdens de late stadia van de vorming van planeten is gebeurd, is in de loop van de tijd gewist", zegt Bill Bottke van het Southwest Research Institute, dat het onderzoeksteam leidde. "Het pad dat we op deze werelden hebben gevolgd, is behoorlijk koud en het is best spannend om meer informatie te kunnen achterhalen over wat we hebben en een aantal langdurige problemen te kunnen beantwoorden."
Bottke vertelde Space Magazine dat het verhaal dat dit nieuwe model vertelt 'niet zo ingewikkeld is als het op het eerste gezicht lijkt', zei hij. "Het bevat veel concepten samen, en sommige concepten bestaan al een tijdje."
Bottke en zijn team hebben hun resultaten in het tijdschrift gepubliceerd Wetenschap.
De onderzoekers begonnen met de algemeen aanvaarde theorie over hoe onze maan werd gemaakt door een gigantische impact tussen de vroege aarde en een ander planetair lichaam ter grootte van Mars. 'Dit was de meest traumatische gebeurtenis die de aarde waarschijnlijk ooit heeft meegemaakt, en dat was het moment waarop vermoedelijk de aarde en de maan hun kernen vormden', zei Bottke.
Het zware ijzer viel in het midden van de twee lichamen, en zogenaamde zeer siderofiele of metaalminnende elementen zoals rhenium, osmium platina, palladium en goud hadden het ijzer en andere metalen in de nasleep tot in de kern moeten volgen. van de Maan-vormende gebeurtenis, waardoor de rotsige korsten en mantels van deze lichamen leeg zijn van deze elementen.
"Deze elementen volgen graag het metaal," zei Bottke, "dus als het metaal tot de kern wegloopt, zouden deze elementen mee willen weglopen. Dus als dit juist is, dan zouden we verwachten dat rotsen die zijn afgeleid van onze mantel bijna geen sterk siderofiele elementen zouden hebben, misschien 10 tot het min 5e niveau of zo. Maar verrassend genoeg is dat niet wat we zien. Ze zijn alleen minder talrijk met een factor van minder dan 200, vergeleken met wat we zouden verwachten, een factor van ongeveer 100.000. ”
Bottke zei dat er sinds de jaren zeventig over dit probleem wordt gediscussieerd, met verschillende suggesties voor het oplossen van het probleem.
'Het meest haalbare antwoord is dat nadat de maanvormende inslag plaatsvond, er ook andere dingen waren die de aarde troffen tijdens de late stadia van planeetvorming, objecten die kleiner waren, en deze kleinere objecten vulden deze elementen aan en gaven ons de overvloed die we hadden zie vandaag. Dit is wat we late aanwas noemen, 'zei hij.
Op de maan gebeurde hetzelfde. Maar er was een probleem met dit scenario. De verhouding van deze elementen op aarde vergeleken met rotsen op de maan is ongeveer 1000: 1.
"De zwaartekrachtdoorsnede van de aarde is ongeveer 20 keer die van de maan", zei Bottke, "dus voor elk object dat de maan raakt, zouden er ongeveer twintig de aarde moeten hebben geraakt. En als late aanwas deze elementen heeft opgeleverd, zou u een verhouding van ongeveer 20 tot 1 moeten hebben. Maar dat is niet wat we zien - we zien een verhouding van 1000: 1. ”
Bottke - een planetaire dynamacist - besprak dit met collega David Nesvorny, ook van SWRI, evenals geofysisch-geochemische modelleurs, zoals Richard Walker van de Universiteit van Maryland, James Day van de Universiteit van Maryland en Linda Elkins-Tanton van de Massachusetts Institute of Technology.
Ze bedachten een computermodel dat een antwoord leek te geven.
"Door met deze objecten roulette te spelen, ontdekte ik dat de aarde heel vaak werd geraakt door enorme impactors die de maan nooit zou zien," zei Bottke. "Dit resultaat suggereert dat de dingen die de aarde en de maan raken aan het einde van de planeetvormingsperiode werden gedomineerd door zeer grote objecten."
Het model voorspelde dat de grootste van de late impactors op aarde, met een diameter van 2.400 - 3.200 km (1.500-2.000 mijl), terwijl die voor de maan, op ongeveer 240 - 320 km.
Bottke noemde dat een 'schattig' resultaat, maar ze hadden meer ondersteunend bewijs nodig. Dus keken ze naar de laatste overlevende populatie van de dingen die de planeten bouwden, de binnenste asteroïdengordel. 'Je vindt grote asteroïden zoals Ceres, Vesta en Pallas', zei Bottke, dus de grote op 500 tot 900 km, maar dan zijn je volgende grootste asteroïden slechts ongeveer 250 km. Dit kwam overeen met de maten die ons model bedacht, ”waarin geen asteroïden met“ tussenliggende ”maten worden waargenomen in deze regio.
Vervolgens keken ze naar Mars, dat een aantal zeer grote inslagbekkens heeft die waarschijnlijk zijn overgebleven uit de tijd dat de planeet werd gevormd, waaronder het Borealis-bekken, dat zo groot is dat het waarschijnlijk de verschillen in de noordelijke en zuidelijke hemisferen verklaart. de Rode Planeet.
“We keken en projecteerden de grootte van de impactors die deze impactbekkens zouden hebben gecreëerd en we zagen dat de verdeling van de afmetingen erg veel leek op wat werd voorspeld voor de aarde en de maan, en ook wat er wordt gevonden in de binnenste asteroïdengordel.
Dus al die dingen bij elkaar - de theoretische basis, het waarnemingsbewijs van elementen op de aarde en de maan en de impact op Mars samen zeggen iets over de verdeling van de afmetingen van objecten tegen het einde van de planetaire vorming.
En wat zijn de gevolgen?
"We konden voorspellingen doen over wat op dat moment de aarde, de maan en Mars trof, en ze komen overeen met wat we op de oppervlakken zien," zei Bottke. "Op Mars kunnen we een spel spelen van wat de grootste projectielen zijn die Mars hadden moeten raken, en het komt goed overeen met de grootte van dat grote bekken dat zich op Mars vormde, en produceerde ook de overvloed aan elementen die we daar zien."
"Voor de maan zouden de grootste impactors 250-300 km zijn, ongeveer zo groot als het zuidpool Aiken-bekken," vervolgde Bottke. "Voor de aarde verklaren deze grote impactors waarom sommige van deze inslagen de aarde hebben geraakt en niet alle elementen naar de kern van de aarde zijn gegaan."
Bottke zei dat, naast de complicaties, sommige van de grootste effecten mogelijk door de aarde zijn geploegd en eigenlijk aan de andere kant naar buiten kwamen - in een zeer gefragmenteerde staat - en weer op aarde regenden. 'Als dit waar is, biedt dit een manier om fragmenten over de hele aarde te verspreiden', zei hij, 'maar hoe het puin wordt herverdeeld rond het planetaire lichaam is een heel interessante vraag. Dat onderdeel heeft veel meer werk nodig en staat nu op het randje van wat we numeriek kunnen doen. ”
Als het gaat om water aan de binnenkant van de maan - waarvan ooit werd gedacht dat het droog was, maar recente steekproefmetingen suggereren echter dat het watergehalte in de maanmantel tussen 200 en enkele duizenden delen per miljard ligt - Bottke's model zou dit ook kunnen aanpakken kwestie.
"Als het waar is", schrijft het team in hun paper, "is het mogelijk dat hetzelfde projectiel dat de meeste HSE's van de Maan afleverde, het mogelijk ook van water heeft voorzien. Late aanwas biedt een alternatieve verklaring voor het geval dat maanmantelwater niet kan migreren van de post-gigantische inslag aarde tot een groeiende maan door een hete en grotendeels verdampte protolunaire schijf. ”
Over waarom kleinere projectielen de maan raken in vergelijking met de aarde, zei Bottke dat het slechts een getallenspel is. "We beginnen met een populatie die een aantal grote dingen heeft, middelgrote dingen en kleine dingen", zei hij. 'En we kiezen willekeurig projectielen uit die populatie en voor elke grote kerel die de maan raakt, raken er 20 de aarde. En we spelen dat spel, en als het aantal projectielen beperkt is, als de maan maar een of twee keer wordt geraakt door deze populatie, betekent dit dat de aarde 20-30 keer wordt geraakt, dat is genoeg om ons - in de meeste gevallen - wat we zien. '
Bottke zei dat dit onderzoek hem de kans gaf om met geochemisten samen te werken, 'die allerlei interessante dingen te zeggen hebben die de processen die planeetvorming veroorzaakten in bedwang houden. Het probleem is dat ze soms geweldige informatie hebben, maar dat ze geen dynamisch proces hebben dat kan werken. Dus door samen te werken, denk ik dat we een aantal interessante resultaten hebben kunnen behalen. ”
"Het meest opwindende voor mij is dat we deze overvloed die we op aarde, de maan en Mars hebben, moeten kunnen gebruiken om het verhaal over planeetvorming echt te vertellen," zei Bottke.
Bronnen: wetenschap, telefonisch interview met Bottke
