Един от основните проблеми в планетарната наука се опитва да определи как планетарните тела във вътрешната Слънчева система се формират и еволюират. Нов компютърен модел предполага, че огромни предмети - някои толкова големи, колкото големи обекти на пояса на Койпер като Плутон и Ерис - вероятно потопиха Земята, Луната и Марс през късните етапи на планетарното формиране, носейки тежки метали на планетарните повърхности. Този модел - създаден от различни изследователи от Лунния научен институт на НАСА - изненадващо адресира много различни загадки в Слънчевата система, като например как Земята би могла да запази металолюбиви елементи, като злато и платина, намерени в мантията си, как вътрешността на Луната всъщност може да бъде мокра и странното разпределение в размерите на астероидите.
„Повечето доказателства за случилото се през късните етапи на планетарното формиране са изтрити с времето“, казва Бил Ботк от Югозападния изследователски институт, който ръководи изследователския екип. „Следата, която проследяваме по тези светове, е доста студена и е доста вълнуващо да можем да изкопаем повече информация от това, което имаме и да можем да отговорим на някои дългогодишни проблеми.“
Ботк каза пред Space Magazine, че историята, която този нов модел разказва, „не е толкова сложна, колкото изглежда на пръв поглед“, каза той. "Тя включва много концепции заедно, а някои от тях всъщност са съществували известно време."
Ботке и неговият екип са публикували резултатите си в списанието Science.
Изследователите започнаха с широко приетата теория за това как нашата Луна е създадена от гигантско въздействие между ранната Земя и друго планетно тяло с размер на Марс. „Това беше най-травматичното събитие, което Земята вероятно някога е преживяла, и това е било времето, когато по презумпция Земята и Луната са образували своите ядра“, казва Ботке.
Тежкото желязо падна в центъра на двете тела и така наречените силно сидерофилни, или металолюбиви елементи като рений, осмиева платина, паладий и злато трябваше да последват желязото и другите метали до сърцевината след това на събитието, образуващо Луната, оставяйки скалните корички и мантии на тези тела, празни от тези елементи.
„Тези елементи обичат да следват метала“, каза Ботке, „така че ако металът се източи до сърцевината, тези елементи биха искали да се оттичат заедно с тях. Така че, ако това е правилно, какво бихме очаквали, че скалите, получени от нашата мантия, трябва да нямат почти никакви сидерофилни елементи, може би от 10 до минус 5-то ниво или така. Но изненадващо не е това, което виждаме. Те са само по-малко изобилни от фактор, по-малък от 200, в сравнение с това, което бихме очаквали, фактор от 100 000 или повече. “
Ботке каза, че този проблем се спори от 70-те години на миналия век, като има различни предложения как да се отговори на проблема.
„Най-жизнеспособният отговор е, че след извършването на удара, образуващ Луната, е имало и други неща, които са удряли Земята по време на късните етапи на формирането на планетата, обекти, които са били по-малки, и тези по-малки обекти са попълвали тези елементи и са ни дали изобилието вижте днес. Това е, което ние наричаме късно натрупване “, каза той.
На Луната се случи същото. Но имаше проблем с този сценарий. Съотношението на тези елементи на Земята в сравнение със скалите на Луната е около 1000 до 1.
„Гравитационният напречен разрез на Земята е около 20 пъти по-голям от този на Луната - каза Ботк,„ Така че за всеки обект, който удари Луната, около двадесет трябва да са ударили Земята. И ако късното нарастване достави тези елементи, трябва да имате около 20 към 1 съотношение. Но това не е това, което виждаме - виждаме съотношение 1000 към 1. "
Ботке - планетарен динамацист - обсъди това с колегата си Дейвид Несворни, също от SWRI, както и с геофизично-геохимичните моделисти, като Ричард Уокър от Университета в Мериленд, Джеймс Дей от Университета в Мериленд и Линда Елкинс-Тантън Масачузетски институт по технологии.
Те излязоха с компютърен модел, който сякаш дава отговор.
„Играейки рулетка с тези предмети, установих, че много често Земята се удря от огромни въздействия, които Луната никога няма да види“, каза Ботке. "Този резултат предполага, че нещата, удрящи Земята и Луната в края на периода на формиране на планетата, са били доминирани от много големи обекти."
Моделът предвижда, че най-големият от късните удари на Земята е с диаметър 2400 - 3200 км (1500-2000 мили), докато тези за Луната, на приблизително 240 - 320 км.
Ботке нарече това „сладък“ резултат - но те се нуждаят от повече подкрепящи доказателства. И така, те разгледаха последното оцеляло население на нещата, изградили планетите, вътрешния астероиден пояс. „Ще намерите големи астероиди като Церера, Веста и Палас“, каза Ботке, така че големите са на 500 до 900 км, но след това следващите ви най-големи астероиди са само на около 250 км. Това съвпада с размерите, които е създаден нашият модел “, в който в този регион не се наблюдават астероиди с размери„ между тях “.
По-нататък те разгледали Марс, който има някои много големи басейни на въздействие, които вероятно са останали от дните, когато планетата се е образувала, включително басейна Бореалис, който е толкова голям, че вероятно обяснява разликите в северното и южното полукълбо на Червената планета.
„Разгледахме и проектирахме размера на ударите, които щяха да създадат тези басейни за удари и видяхме, че разпределението на размерите приличаше много на това, което беше предвидено за Земята и Луната, както и това, което се намира във вътрешния астероиден пояс.
Така че всички тези неща заедно - теоретичната основа, наблюдателните доказателства от елементи на Земята и Луната и въздействието върху Марс колективно говори нещо за разпределението на размерите на обектите към края на планетарното формиране.
И какви са последиците?
„Бихме могли да направим прогнози за това, което е удряло Земята, Луната и Марс по това време и те са в съответствие с това, което виждаме на повърхностите“, каза Ботке. "На Марс можем да играем игра на най-големите снаряди, които би трябвало да ударят Марс, и той съвпада добре с размера на големия басейн, който се е образувал на Марс, и също е произвел изобилието от елементи, които виждаме там."
„За Луната най-големите удари ще бъдат 250-300 км, което е приблизително размера на басейна на южния полюс Айкен“, продължи Ботке. „За Земята тези големи въздействия обясняват защо някои от тези удари успяха да ударят Земята и не всички елементи отидоха в ядрото на Земята.“
Ботке каза, че добавяйки към усложненията, някои от най-големите въздействия всъщност може да са се озовали през Земята и всъщност са излезли от другата страна - в много разпокъсано състояние - и вали обратно на Земята. „Ако това е вярно, това осигурява начин за разпространение на фрагменти по цялата земя“, каза той, „но как остатъците се преразпределят около планетарното тяло е наистина интересен въпрос. Тази част се нуждае от много повече работа и сега е просто на ръба на онова, което можем да направим числено. “
Когато става дума за вода във вътрешността на Луната - за която някога се е смятало, че е суха, но скорошните измервания на пробите предполагат, че съдържанието на вода в лунната мантия е между 200 и няколко хиляди части на милиард - моделът на Bottke също би могъл да се справи с това проблем.
„Ако е вярно“, пише екипът в своя документ, „възможно е същият снаряд, доставил по-голямата част от HSE-ите на Луната, също да го е снабдил с вода…. Натрупването на покой дава алтернативно обяснение в случай, че лунната мантия не може да мигрира от след гигантското въздействие на Земята до нарастваща Луна чрез горещ и до голяма степен изпарен протолунарен диск. "
Що се отнася до това защо по-малките снаряди удрят Луната в сравнение със Земята, Bottke каза, че това е просто игра с числа. „Започваме с население, което има определен брой големи неща, средни и малки неща“, каза той. „И ние избираме произволно снаряди от това население и за всеки един голям човек, който удари Луната, 20 удари Земята. И ние играем в тази игра и ако броят на снарядите е ограничен, ако Луната е ударена само веднъж или два пъти от това население, това означава, че Земята бива ударена 20-30 пъти, това е достатъчно, за да ни даде - в повечето случаи - какво виждаме. ”
Ботк каза, че това изследване му дава шанс да работи с геохимици, „които имат всякакви интересни неща, за да кажат, които помагат да ограничат процесите, довели до формирането на планетата. Проблемът е, че понякога те имат голяма информация, но нямат динамичен процес, който може да работи. Така че, като работим заедно, мисля, че успяхме да постигнем интересни резултати. "
„Най-вълнуващото за мен е, че трябва да можем да използваме тези изобилия, които имаме на Земята, Луната и Марс, за да разкажем наистина историята за формирането на планетата“, каза Ботке.
Източници: Наука, телефонно интервю с Bottke
