Jedním ze základních problémů v planetární vědě je pokusit se určit, jak se planetární tělesa ve vnitřní sluneční soustavě formovaly a vyvíjely. Nový počítačový model naznačuje, že obrovské objekty - některé tak velké jako velké objekty Kuiperova pásu, jako jsou Pluto a Eris - pravděpodobně během pozdějších fází planetární formace narazily na Zemi, Měsíc a Mars, čímž přinesly těžké kovy na planetární povrchy. Tento model - vytvořený různými vědci z celého NASA Lunar Science Institute - překvapivě oslovuje mnoho různých hádanek napříč Sluneční soustavou, jako je například to, jak si Země může zachovat milování kovů, prvky jako zlato a platina, které se nacházejí v jeho plášti, jak vnitřek Měsíc mohl být skutečně mokrý a divné rozdělení ve velikostech asteroidů.
"Většina důkazů o tom, co se stalo během pozdních fází planetární formace, byla postupem času vymazána," řekl Bill Bottke z Jihozápadního výzkumného ústavu, který vedl výzkumný tým. "Stezka, kterou jsme sledovali v těchto světech, je docela chladná a být schopen vykopat další informace z toho, co máme, a být schopen odpovědět na některé dlouhodobé problémy, je docela vzrušující."
Bottke řekl časopisu Space Magazine, že příběh, který tento nový model vypráví „není tak komplikovaný, jak vypadá na první pohled,“ řekl. "Zahrnuje spoustu konceptů dohromady a některé z nich už nějakou dobu existují."
Bottke a jeho tým zveřejnili své výsledky v časopise Věda.
Vědci začali s obecně přijímanou teorií toho, jak byl náš Měsíc vytvořen obrovským dopadem mezi ranou Zemí a dalším planetárním tělem velikosti Marsu. "Jednalo se o nejtraumatičtější událost, jakou Země pravděpodobně prošla, a to byl čas, kdy pravděpodobně Země i Měsíc vytvořily svá jádra," řekl Bottke.
Těžké železo padlo do středu dvou těl a takzvané vysoce siderofilní nebo kov milující prvky, jako je rhenium, osmium platina, palladium a zlato, měly následky železa a dalších kovů následovat po jádru Měsíční formace, zanechávající skalní krusty a pláště těchto těl bez těchto prvků.
"Tyto prvky rádi sledují kov," řekl Bottke, "takže pokud kov vypouští do jádra, tyto prvky by s nimi chtěly odtéct." Takže pokud je to správné, co bychom očekávali, že skály pocházející z našeho pláště by neměly mít téměř žádné vysoce siderofilní prvky, možná 10 až mínus 5. úroveň. Ale překvapivě to není to, co vidíme. Jsou méně hojné faktorem menším než 200, ve srovnání s tím, co bychom očekávali, faktorem 100 000. “
Bottke uvedl, že o tomto problému se hovoří již od sedmdesátých let, s různými návrhy, jak tento problém vyřešit.
"Nejvýhodnější odpovědí je, že po dopadu formování Měsíce, tam byly také jiné věci, které zasáhly Zemi během pozdních stádií formace planety, objekty, které byly menší, a tyto menší objekty doplnily tyto prvky a daly nám hojnost, kterou jsme vidět dnes. To je to, co nazýváme pozdní přírůstek, “řekl.
Na Měsíci se stalo to samé. S tímto scénářem však byl problém. Poměr těchto prvků na Zemi ve srovnání s horninami na Měsíci je asi 1000 ku 1.
"Gravitační průřez Země je asi dvacetkrát větší než Měsíc," řekl Bottke, "Takže pro každý předmět, který dopadl na Měsíc, by mělo na Zemi dopadnout asi dvacet." A pokud tyto prvky přinesly pozdní narůstání, měli byste mít poměr asi 20: 1. Ale to není to, co vidíme - vidíme poměr 1 000: 1. “
Planetární dynamacista Bottke o tom hovořil s kolegou Davidem Nesvorným, rovněž ze společnosti SWRI, a také s geofyzikálně-geochemickými modeláři, jako je Richard Walker z University of Maryland, James Day z University of Maryland a Linda Elkins-Tanton z Technologický institut v Massachusetts.
Přišli s počítačovým modelem, který zřejmě poskytoval odpověď.
"Při hraní rulety s těmito objekty jsem zjistil, že Země byla často zasažena obrovskými dopadači, které Měsíc nikdy neuvidí," řekl Bottke. "Tento výsledek naznačuje, že ve věcech, které zasáhly Zemi a Měsíc na konci období formování planety, dominovaly velmi velké objekty."
Model předpovídal, že největší z pozdějších impaktorů na Zemi, v průměru 2 400 - 3 200 km (1 500–2 000 mil), zatímco ty na Měsíc, ve vzdálenosti přibližně 240 - 320 km.
Bottke to nazval „roztomilý“ výsledek - ale potřebovali více podpůrných důkazů. Takže se podívali na poslední přežívající populaci věcí, které postavily planety, vnitřní pás asteroidů. "Najdete velké asteroidy jako Ceres, Vesta a Pallas," řekl Bottke, takže ty velké jsou na 500 až 900 km, ale vaše další největší asteroidy jsou pak jen asi 250 km. To odpovídalo velikostem, s nimiž náš model přišel, “v nichž v této oblasti nejsou pozorovány žádné asteroidy s velikostmi„ mezi “.
Dále se podívali na Mars, který má některé velmi velké povodně dopadu, které pravděpodobně zůstaly po dnech formování planety, včetně povodí Borealis, které je tak velké, že pravděpodobně způsobuje rozdíly v severní a jižní polokouli na Rudá planeta.
"Podívali jsme se a promítali velikost impaktorů, které by tyto nárazové pánve vytvořily, a viděli jsme, že rozložení velikostí je velmi podobné tomu, co bylo předpovězeno pro Zemi a Měsíc, a také to, co se nachází ve vnitřním pásu asteroidů.
Takže všechny tyto věci dohromady - teoretický základ, observační důkazy z prvků na Zemi a Měsíci a dopady na Mars společně říkají něco o rozdělení velikostí objektů ke konci planetární formace.
A jaké jsou důsledky?
"Mohli bychom dělat předpovědi toho, co v té době zasáhlo Zemi, Měsíc a Mars, a oni se spojí s tím, co vidíme na površích," řekl Bottke. "Na Marsu můžeme hrát hru o největších projektilech, které měly zasáhnout Mars, a dobře se hodí k velikosti té velké pánve, která se na Marsu vytvořila, a také vytvořila množství prvků, které tam vidíme."
"Pokud jde o Měsíc, největší impaktory by byly 250 - 300 km, což je asi velikost povodí Aiken na jižním pólu," pokračoval Bottke. "Pro Zemi tyto velké impaktory vysvětlují, proč se některým z těchto dopadů podařilo zasáhnout Zemi, a ne všechny prvky šly do jádra Země."
Bottke uvedl, že některé z největších dopadů, které ke komplikacím přispěly, mohly dokonce orat na Zemi a ve skutečnosti vyšly na druhou stranu - ve velmi roztříštěném stavu - a pršely zpět na Zemi. „Pokud je to pravda, poskytuje to způsob, jak šířit úlomky po celé Zemi,“ řekl, „ale to, jak se trosky rozdělují kolem planetárního těla, je opravdu zajímavá otázka. Tato část potřebuje mnohem více práce a právě teď je na okraji toho, co můžeme dělat číselně. “
Pokud jde o vodu uvnitř Měsíce, která byla kdysi považována za suchou, ale nedávná měření vzorků naznačují, že obsah vody v měsíčním plášti je mezi 200 a několika tisíci částmi na miliardu - Bottkeův model by to také mohl řešit problém.
„Je-li to pravda,“ píše tým ve svém příspěvku, „je možné, že stejný projektil, který dodal většinu HSE měsíce, možná také poskytl vodu…. Pozdní přírůstek poskytuje alternativní vysvětlení v případě, že se měsíční plášťová voda nemůže stěhovat od post-obřího dopadu Země na rostoucí Měsíc prostřednictvím horkého a do značné míry odpařeného protolunárního disku. “
Co se týká toho, proč menší projektily zasáhly Měsíc ve srovnání se Zemí, Bottke řekl, že je to jen hra čísel. "Začínáme s populací, která má určitý počet velkých věcí, věcí střední velikosti a malých věcí," řekl. "A náhodně volíme projektily z této populace a pro každého jednoho velkého chlapa, který zasáhne Měsíc, 20 zasáhlo Zemi." Hrajeme tu hru, a pokud je počet projektilů omezený, pokud je Měsíc zasažen pouze jednou nebo dvakrát z této populace, znamená to, že Země zasáhne 20-30krát, což nám stačí - ve většině případů - co vidíme. “
Bottke uvedl, že tento výzkum mu dal šanci pracovat s geochemisty, „kteří mají k dispozici celou řadu zajímavých věcí, které pomáhají omezovat procesy, které vedly k vytvoření planety. Problém je v tom, že někdy mají skvělé informace, ale nemají dynamický proces, který by mohl fungovat. Takže společnou prací si myslím, že jsme dokázali přijít s některými zajímavými výsledky. “
"Nejzajímavější pro mě je, že bychom měli být schopni využít těchto hojností, které máme na Zemi, Měsíci a Marsu, aby skutečně vyprávěly příběh o formování planety," řekl Bottke.
Zdroje: Věda, telefonický rozhovor s Bottkem
