Viena no pamatproblēmām planētu zinātnē ir mēģinājums noteikt, kā veidojās un attīstījās planētu ķermeņi iekšējā Saules sistēmā. Jauns datora modelis liek domāt, ka milzīgi objekti - daži tik lieli, cik lieli Kuipera jostas objekti kā Plutons un Eriss - planētu veidošanās vēlīnā stadijā, iespējams, pumpēja Zemi, Mēnesi un Marsu, atnesot smagos metālus uz planētas virsmām. Šis modelis, ko izstrādājuši dažādi NASA Mēness zinātnes institūta pētnieki, pārsteidzoši pievēršas daudzām dažādām Saules sistēmas mīklām, piemēram, kā Zeme varētu saglabāt metālu mīlošus elementus, piemēram, zeltu un platīnu, kas atrodas mantijā, kā Mēness faktiski varēja būt mitrs, un dīvainais sadalījums asteroīdu izmēros.
"Lielākā daļa pierādījumu tam, kas notika planētu veidošanās vēlīnajos posmos, laika gaitā ir izdzēsti," sacīja Bils Bottke no Dienvidrietumu pētniecības institūta, kurš vadīja pētījumu komandu. "Taka, ko mēs esam sekojuši šīm pasaulēm, ir diezgan auksta, un diezgan aizraujoša ir spēja izraut vairāk informācijas no tā, kas mums ir, un spēt atbildēt uz dažām ilgstošām problēmām."
Bottke pastāstīja Space Magazine, ka šī jaunā modeļa stāsts “nav tik sarežģīts, kā tas izskatās no pirmā acu uzmetiena”, viņš teica. "Tas ietver daudz koncepciju kopā, un daži no šiem jēdzieniem jau kādu laiku pastāv."
Bottke un viņa komanda ir publicējuši savus rezultātus žurnālā Zinātne.
Pētnieki sāka ar plaši pieņemtu teoriju par to, kā mūsu Mēnesi izveidoja milzu trieciens starp agrīno Zemi un citu Marsa lieluma planētas ķermeni. "Šis bija traumatiskākais notikums, kāds Zemei jebkad ir bijis, un tas bija laiks, kad, domājams, Zeme un Mēness abi veidoja to kodolu," sacīja Bottke.
Smagais dzelzs nokrita divu ķermeņu centrā, un tā sauktajiem ļoti siderofilajiem vai metālus mīlošajiem elementiem, piemēram, rēnijam, osmija platīnam, pallādijam un zeltam, pēc dzelzs un citiem metāliem vajadzēja sekot kodolam. no Mēness veidošanās notikuma, atstājot akmeņainās garozas un mantijas no šiem ķermeņiem no šiem elementiem.
"Šie elementi mīl sekot metālam," sacīja Bottke, "tāpēc, ja metāls izplūst uz serdi, šie elementi vēlas iztukšot ar tiem. Tātad, ja tas ir pareizi, ko mēs sagaidīsim, ka iežiem, kas iegūti no mūsu mantijas, gandrīz nevajadzētu būt ļoti siderofilu elementiem, varbūt 10 līdz mīnus 5 līmenim vai tā. Bet pārsteidzoši, ka tas nav tas, ko mēs redzam. Tie ir tikai mazāk bagātīgi ar koeficientu, kas mazāks par 200, salīdzinot ar to, ko mēs varētu sagaidīt, ar koeficientu 100 000 vai tā vairāk. ”
Bottke sacīja, ka par šo problēmu tiek diskutēts jau kopš pagājušā gadsimta 70. gadiem, sniedzot dažādus ieteikumus, kā atbildēt uz šo problēmu.
“Vispraktiskākā atbilde ir tāda, ka pēc tam, kad notika Mēness veidošanās ietekme, bija arī citas lietas, kas planētas veidošanās vēlīnā stadijā skāra Zemi, objekti, kas bija mazāki, un šie mazākie objekti papildināja šos elementus un deva mums pārpilnību, ko mēs redzēt šodien. To mēs saucam par novēlotu pievienošanos, ”viņš sacīja.
Uz Mēness notika tas pats. Bet ar šo scenāriju radās problēma. Šo elementu attiecība uz Zemes, salīdzinot ar klintīm uz Mēness, ir aptuveni 1000 pret 1.
“Zemes gravitācijas šķērsgriezums ir apmēram 20 reizes lielāks nekā Mēness,” sacīja Bottke: “Tātad katram objektam, kas skāra Mēnesi, Zemei vajadzēja būt triecienam apmēram divdesmit. Un, ja ar novēlotu piepildījumu šie elementi tika piegādāti, jums vajadzētu būt apmēram 20 pret 1. Bet tas nav tas, ko mēs redzam - mēs redzam attiecību 1000 pret 1. ”
Bottke - planētu dynamacist - apsprieda šo jautājumu ar kolēģi David Nesvorny, arī no SWRI, kā arī ar ģeofizikāli-ģeoķīmiskajiem modelētājiem, piemēram, Richard Richard Walker no Merilendas Universitātes, James Day no Maryland Universitātes un Linda Elkins-Tanton no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts.
Viņi nāca klajā ar datora modeli, kas, šķiet, sniedza atbildi.
"Spēlējot ruleti ar šiem objektiem, es atklāju, ka ļoti bieži uz Zemi skāra milzīgi triecienelementi, kurus Mēness nekad neredzēs," sacīja Bottke. "Šis rezultāts liek domāt, ka lietās, kas planētas veidošanās perioda beigās skāra Zemi un Mēnesi, dominēja ļoti lieli objekti."
Modelis paredzēja, ka lielākais no vēlajiem triecienelementiem uz Zemes ir 2400–3200 km (1500–2000 jūdzes) diametrā, bet Mēness - aptuveni 240–320 km.
Bottke to sauca par “jauku” rezultātu, bet viņiem vajadzēja vairāk pierādījumu. Viņi apskatīja pēdējo izdzīvojušo lietu daļu, kas uzcēla planētas, iekšējo asteroīdu jostu. “Jūs atrodat lielus asteroīdus, piemēram, Ceres, Vesta un Pallas”, sacīja Bottke, tāpēc tur ir lielie, kas atrodas 500 līdz 900 km attālumā, bet tad jūsu nākamie lielākie asteroīdi ir tikai apmēram 250 km. Tas saskanēja ar izmēriem, ar kuriem nāca klajā mūsu modelis ”, kurā šajā reģionā nav novēroti nekādi asteroīdi ar“ lielumu starp ”.
Tālāk viņi apskatīja Marsu, kurā ir daži ļoti lieli trieciena baseini, kas, iespējams, ir palikuši no planētas veidošanās dienām, ieskaitot Borealis baseinu, kas ir tik liels, ka tas, iespējams, atspoguļo atšķirības ziemeļu un dienvidu puslodēs uz Sarkanā planēta.
“Mēs apskatījām un prognozējām tādu triecienelementu izmēru, kas būtu izveidojuši šos trieciena baseinus, un redzējām, ka izmēru sadalījums ir ļoti līdzīgs tam, kas tika prognozēts Zemei un Mēness, kā arī tam, kas ir atrodams iekšējā asteroīda joslā.
Tātad visas šīs lietas kopā - teorētiskais pamats, novērojumu dati no elementiem uz Zemes un Mēness, kā arī ietekme uz Marsu kolektīvi saka kaut ko par objektu izmēru sadalījumu planētas veidošanās beigās.
Kādas ir sekas?
"Mēs varētu izteikt prognozes par to, kas tajā laikā skāra Zemi, Mēnesi un Marsu, un tie sakrīt ar to, ko mēs redzam uz virsmām," sacīja Bottke. "Uz Marsa mēs varam spēlēt spēli ar lielākajiem šāviņiem, kuriem vajadzēja trāpīt uz Marsu, un tas labi sakrīt ar lielā baseina izmēru, kas izveidojās uz Marsa, kā arī radīja tādu elementu pārpilnību, kādu mēs tur redzam."
"Mēnesim lielākie triecienelementi būtu 250-300 km, kas ir apmēram dienvidu pola Aiken baseina lielumā," turpināja Bottke. "Zemei šie lielie triecienelementi izskaidro, kāpēc dažiem no šiem triecieniem izdevās sasniegt Zemi, un ne visi elementi nonāca Zemes kodolā."
Bottke sacīja, ka, palielinot sarežģījumus, daži no lielākajiem triecieniem faktiski var būt plūduši caur Zemi un faktiski iznākuši no otras puses - ļoti sadrumstalotā stāvoklī - un atkal nolijuši uz Zemes. "Ja tā ir taisnība, tas nodrošina veidu, kā fragmentus izplatīt visā pasaulē," viņš teica, "bet tas, kā gruži tiek pārdalīti ap planētas ķermeni, ir patiešām interesants jautājums. Šai daļai ir nepieciešams daudz vairāk darba, un šobrīd tā vienkārši ir pie malas, ko mēs varam paveikt skaitliski. ”
Runājot par ūdeni Mēness iekšpusē - kas kādreiz tika uzskatīts par sausu, taču nesenie paraugu mērījumi tomēr liek domāt, ka ūdens saturs Mēness mantijā ir no 200 līdz vairākiem tūkstošiem daļu uz miljardu - Bottke modelis arī varētu to risināt izdevums.
“Ja tā ir taisnība,” raksta komanda savos dokumentos, “iespējams, ka tas pats šāviņš, kas piegādāja lielāko daļu Mēness HSE, to ir piegādājis ar ūdeni… .Vēlāk uzklājums sniedz alternatīvu izskaidrojumu gadījumam, ja Mēness mantijas ūdens nevar migrēt. no post-milzu zemes uz augošu Mēnesi caur karstu un lielā mērā iztvaicētu protolunāru disku. ”
Par to, kāpēc mazāki šāviņi skāra Mēnesi, salīdzinot ar Zemi, Bottke sacīja, ka tā ir tikai skaitļu spēle. "Mēs sākam ar iedzīvotājiem, kuriem ir noteikts skaits lielu lietu, vidēja lieluma un mazu lietu," viņš teica. “Un mēs nejauši izvēlamies šāvienus no šīs populācijas un katram lielajam puisim, kurš trāpa Mēnesim, 20 sitieni bija Zemei. Un mēs spēlējam šo spēli, un, ja šāvienu skaits ir ierobežots, ja Mēness no šīs populācijas tiek notriekts tikai vienu vai divas reizes, tas nozīmē, ka Zeme tiek ietekmēta 20-30 reizes, tas ir pietiekami, lai mums - vairumā gadījumu - ko mēs redzam. ”
Bottke sacīja, ka šis pētījums deva viņam iespēju strādāt ar ģeoķīmiķiem, “kuriem ir visdažādākās interesantas lietas, kas var pateikt, kas palīdz ierobežot procesus, kas izraisīja planētas veidošanos. Problēma ir tā, ka dažreiz viņiem ir lieliska informācija, bet viņiem nav dinamiska procesa, kas varētu darboties. Tāpēc, strādājot kopā, es domāju, ka mēs varējām nākt klajā ar dažiem interesantiem rezultātiem. ”
"Man visaizraujošākais ir tas, ka mums vajadzētu spēt izmantot šos pārpilnības, kas mums ir uz Zemes, Mēness un Marsa, lai patiesi pastāstītu stāstu par planētas veidošanos," sacīja Bottke.
Avoti: Zinātne, telefona intervija ar Bottke
