Місячна поверхня з сильною кратерацією, бомбардуючи астероїди. Кредит зображення: NASA Натисніть, щоб збільшити
Як стверджують дослідники з Каліфорнійського університету Санта-Крус, які зіткнулися зіткненням ембріональних планет протягом критичного періоду ранньої історії Сонячної системи, можливо, пояснюють деякі незрозумілі раніше властивості планет, астероїдів та метеоритів. їхні висновки у випуску журналу Nature за 12 січня.
Чотири "земні" або скелясті планети (Земля, Марс, Венера та Меркурій) - це продукти початкового періоду, що тривав десятки мільйонів років, жорстоких зіткнень між планетарними тілами різної величини. Вчені здебільшого розглядали ці події з точки зору нагромадження нового матеріалу та інших впливів на уражену планету, при цьому мало уваги приділялося удару. (За визначенням, ударний удар менший із двох тіл, що стикаються.)
Але коли планети стикаються, вони не завжди злипаються. Близько половини часу ударник розміром планети, який вдарить про інше тіло розміром планети, відскочить, і ці зіткнення під час удару мають серйозні наслідки для удару, - сказав Ерік Асфауг, доцент кафедри наук про Землю в УКСК та перший автор папір "Природа".
"Ви закінчуєте планети, які залишають місце злочину, виглядаючи зовсім інакше, ніж коли вони увійшли - вони можуть втратити атмосферу, корочку, навіть мантію, або їх можна розігнати на сім'ю більш дрібних предметів", - сказав Асфауг .
Залишки цих порушених ударів можна знайти по всьому поясу астероїдів і серед метеоритів, які є фрагментами інших планетарних тіл, які приземлилися на Землю, сказав він. Навіть планета Меркурій, можливо, була ударним ударом, у якого була відірвана значна частина зовнішніх шарів, залишивши її відносно великим ядром та тонкою кіркою та мантією, сказав Асфальг. Однак цей сценарій залишається умоглядним і вимагає додаткового вивчення, сказав він.
Асфаг і докторантура Крейг Агнор використовували потужні комп’ютери для моделювання цілого ряду сценаріїв, від пасовищних зустрічей до прямого попадання між планетами порівнянних розмірів. Коаутор Квентін Вільямс, професор наук про Землю в УЦСК, проаналізував результати цих симуляцій з точки зору їх впливу на склад та остаточний стан залишків об'єктів.
Дослідники виявили, що навіть близькі зустрічі, в яких два об'єкти насправді не стикаються, можуть серйозно вплинути на менший об’єкт.
"Коли два масивні об'єкти проходять поруч один з одним, гравітаційні сили викликають різкі фізичні зміни - декомпресіювати, плавити, відбирати матеріал і навіть знищувати менший предмет", - сказав Вільямс. "Ви можете робити багато фізики та хімії на об'єктах Сонячної системи, навіть не торкаючись їх".
Планета чинить величезний тиск на себе завдяки самопливі, але гравітаційне тягнення більшого об'єкта, що проходить поруч, може призвести до того, що тиск опуститься швидко. Наслідки цієї розгерметизації можуть бути вибухонебезпечними, сказав Вільямс.
"Це як би розірвати найбільш газований напій у світі", - сказав він. "Що відбувається, коли планета декомпресується на 50 відсотків - це те, що ми не дуже добре розуміємо на цьому етапі, але це може зрушити хімію та фізику в усьому місці, створюючи складні матеріали, які могли б дуже добре пояснити неоднорідність. ми бачимо в метеоритах ».
Як вважається, формування земних планет розпочалося з фази щадного нагромадження всередині диска газу і пилу навколо Сонця. Ембріональні планети обсипали велику частину матеріалу навколо них, поки внутрішня Сонячна система не розмістила близько 100 розмірів Місяця на планетах розміром Марса, сказав Асфальг. Потім гравітаційні взаємодії між собою та Юпітером викинули ці протопланети зі своїх кругових орбіт, почавши епоху гігантських ударів, яка, ймовірно, тривала від 30 до 50 мільйонів років, сказав він.
Вчені використовували комп’ютери для імітації утворення планет земної маси з сотень менших тіл, але більшість із цих симуляцій припускали, що коли планети стикаються, вони стирчать, сказав Асфауг.
"Ми завжди знали, що це наближення, але насправді злити планети непросто", - сказав він. "Наші підрахунки показують, що вони повинні рухатись досить повільно і вдарятися майже вперед, щоб наростити".
Планеті легко залучати та нарощувати набагато менший об’єкт, ніж вона сама. Однак при гігантських ударах між тілами розміру планети ударник порівняно за розміром із цільовим. У випадку, коли ударник розміру Марса потрапив у ціль розміру Землі, ударний удар склав би одну десяту частину маси, але повністю наполовину менше діаметра Землі, сказав Асфауг.
"Уявіть, що дві планети стикаються, одна половина більша за іншу, під типовим кутом удару в 45 градусів. Близько половини меншої планети насправді не перетинає велику планету, а інша половина мертвих у своїх слідах ", - заявила Асфаг. "Отже, відбувається величезна стрижка, і тоді у вас є неймовірно потужні сили припливів, які діють на близькій відстані. Комбінація спрацьовує, щоб розтягнути меншу планету навіть у від'їзді, тому в найважчих випадках ударник втрачає значну частину своєї мантії, не кажучи вже про її атмосферу та кірку ».
За словами Агнора, вся проблема формування планети є дуже складною, і розгадування ролі, яку відіграють зіткнення, що розбиваються на удари, потребує подальшого вивчення. Досліджуючи планетарні зіткнення з точки зору удару, однак, дослідники UCSC виявили фізичні механізми, які можуть пояснити багато дивовижних особливостей астероїдів.
Удари зіткнення можуть призвести до широкого спектру різних видів астероїдів, сказав Вільямс. "Деякі астероїди виглядають як маленькі планети, не сильно порушені, а на іншому кінці спектру - це ті, які в космосі схожі на кістки, багаті залізом", - сказав він. "Це механізм, який може позбавити різної кількості кам'янистого матеріалу, що складається з кори і мантії. Залишене може варіюватися від просто збагаченого залізом ядра до цілого набору сумішей з різною кількістю силікатів. "
Одна з головоломок пояса астероїдів - це свідчення широкомасштабного плавлення астероїдів у світі. Нагрівання під впливом неефективне, оскільки воно віддає тепло місцево. Незрозуміло, що може перетворити астероїд на велику розплавлену крапку, але розгерметизація при зіткненні під час удару могла б зробити трюк, - сказав Асфаг.
"Якщо тиск знизиться в два рази, ви можете перейти від чогось гарячого до чогось розплавленого", - сказав він.
Розгерметизація також може викидати воду та виділяти гази, що пояснить, чому багато диференційованих метеоритів, як правило, не містять води та інших летких речовин. Ці та інші процеси, що беруть участь у зіткненнях та ударах, слід більш детально вивчити, сказав Асфаль.
"Це новий механізм еволюції планети та формування астероїдів, і він пропонує багато цікавих сценаріїв, які вимагають подальшого вивчення", - сказав він.
Оригінальне джерело: NASA Astrobiology
