Однією з фундаментальних проблем планетарної науки є намагання визначити, як планетарні тіла у внутрішній Сонячній системі формувались та розвивалися. Нова комп’ютерна модель дозволяє припустити, що величезні об'єкти - такі великі, як великі об'єкти поясу Койпера, такі як Плутон та Еріс - ймовірно, пронизали Землю, Місяць та Марс під час пізніх стадій планетарного формування, привозячи важкі метали до планетарних поверхонь. Ця модель - створена різними дослідниками з Місячного наукового інституту НАСА - напрочуд вирішує багато різних головоломок у Сонячній системі, наприклад, як Земля могла б утримувати металолюбиві елементи, такі як золото та платина, знайдені в мантії, як внутрішність Місяць насправді міг бути вологим, і дивне поширення за розмірами астероїдів.
"Більшість доказів того, що сталося на пізніх етапах планетарного формування, були стерті з часом", - заявив Білл Ботке з Південно-Західного науково-дослідного інституту, який очолював дослідницьку групу. "Слід, який ми простежували на цих світах, є досить холодним, і захоплююче викопати більше інформації з того, що ми маємо та зможемо відповісти на деякі давні проблеми".
Боттк заявив Space Magazine, що історія, яку ця нова модель розповідає, «не така складна, як виглядає на перший погляд», - сказав він. "Вона включає в себе багато понять разом, і деякі з них фактично існують деякий час".
Боттке та його команда опублікували свої результати у журналі Наука.
Дослідники почали з широко прийнятої теорії, як наш Місяць був створений гігантським ударом між ранньою Землею та іншим планетарним тілом розміром з Марсом. "Це була найтравматичніша подія, яку Земля, ймовірно, коли-небудь переживала, і це був той момент, коли, імовірно, Земля і Місяць утворювали свої ядра", - сказав Боттк.
Важке залізо падало до центру двох тіл, і так звані високосидерофільні, або металолюбні елементи, такі як реній, платина осмію, паладій та золото, повинні були слідувати заліза та інші метали до ядра після цього події, що утворює Місяць, залишаючи порожні скелі та мантії цих тіл порожніми від цих стихій.
"Ці елементи люблять слідувати за металом", - сказав Боттк, - тож якщо метал стікає до основи, ці елементи хотіли б стекти з ними. Отже, якщо це правильно, то, що ми могли б очікувати, що в скелях, отриманих з нашої мантії, не повинно бути майже ніяких сидерофільних елементів, можливо, від 10 до мінус 5-го рівня. Але дивно, що це не те, що ми бачимо. Вони лише менш багаті на коефіцієнт менше 200, в порівнянні з тим, що ми могли б очікувати, в 100 000 або більше. "
Ботке заявив, що про цю проблему сперечаються з 1970-х років, з різними пропозиціями щодо відповіді на проблему.
"Найбільш життєздатною відповіддю є те, що після того, як відбувся удар, що утворював Місяць, були й інші речі, які потрапляли на Землю під час пізніх стадій формування планети, об'єкти, які були меншими, і ці більш дрібні об'єкти поповнювали ці елементи і давали нам достаток дивіться сьогодні. Це ми називаємо пізнім нарощенням », - сказав він.
На Місяці відбувалося те саме. Але з цим сценарієм виникла проблема. Співвідношення цих елементів на Землі порівняно зі скелями на Місяці становить близько 1000 до 1.
"Гравітаційний перетин Землі приблизно в 20 разів перевищує Місяць", - сказав Ботк, - Отже, для кожного об'єкта, який потрапив на Місяць, приблизно двадцять повинні були потрапити на Землю. І якщо запізніле нарощення доставило ці елементи, у вас повинно бути приблизно 20 до 1 співвідношення. Але це не те, що ми бачимо - ми бачимо співвідношення 1000 до 1 ".
Боттке - планетарний динамацист - обговорював це з колегою Девідом Несворні, також із SWRI, а також з геофізико-геохімічними моделяторами, такими як Річард Уокер з Університету Меріленда, Джеймс Дей з Університету Меріленда та Лінда Елкінс-Тантон з університету Массачусетський технологічний інститут
Вони придумали комп'ютерну модель, яка, здавалося, дає відповідь.
"Граючи в рулетку з цими предметами, я виявив, що дуже часто Земля потрапляє під величезні удари, які Місяць ніколи не побачить", - сказав Боттк. "Цей результат свідчить про те, що в тих, що вражали Землю та Місяць наприкінці періоду формування планети, переважали дуже великі об'єкти".
Модель передбачала, що найбільший з пізніх ударів на Землі має діаметр 2400 - 3200 км (1500-2000 миль), а Місяць - приблизно 240 - 320 км.
Ботке назвав це "милим" результатом - але їм було потрібно більше підтверджень. Отже, вони подивилися на останню вцілілу популяцію речей, що будували планети, внутрішній пояс астероїдів. "Ви знайдете таких великих астероїдів, як Церера, Веста і Паллас", - сказав Ботк, тож великі є на відстані 500 - 900 км, але тоді ваш наступний найбільший астероїд - приблизно 250 км. Це збігається з розмірами, які запропонувала наша модель ", в якій в цьому регіоні не спостерігається астероїдів з розмірами" між ".
Далі вони подивилися на Марс, який має дуже великі басейни впливу, які, ймовірно, залишилися з часів, коли сформувалася планета, включаючи басейн Бореалісу, який настільки великий, що, ймовірно, пояснює відмінності у північній та південній півкулях на Червона планета.
"Ми подивилися та спроектували розміри ударників, які створили б ці басейни ударів, і ми побачили, що розподіл розмірів дуже нагадував те, що було передбачено для Землі та Місяця, а також те, що знаходиться у внутрішньому поясі астероїда.
Тож усі ці речі разом - теоретична основа, спостережувані докази елементів на Землі та Місяці та впливи на Марс у сукупності говорять про розподіл розмірів предметів до кінця планетарного формування.
А які наслідки?
"Ми могли б робити прогнози щодо того, що в цей час вражало Землю, Місяць і Марс, і вони співпадають з тим, що ми бачимо на поверхнях", - сказав Боттк. "На Марсі ми можемо грати в гру, яка є найбільшим снарядом, який повинен був бити на Марс, і він добре відповідає розміру того великого басейну, який сформувався на Марсі, а також створив безліч елементів, які ми бачимо там".
"Для Місяця найбільші удари становитимуть 250-300 км, що приблизно розміром басейну Південного полюса Ейкена", - продовжив Ботке. "Для Землі ці великі удари пояснюють, чому деяким з цих ударів вдалося потрапити на Землю, і не всі елементи потрапили до ядра Землі".
Ботке заявив, що, додавши до ускладнень, деякі найбільші наслідки, можливо, провалилися через Землю і фактично вийшли з іншого боку - у дуже роздробленому стані - і дощили назад на Землю. "Якщо це правда, це забезпечує спосіб розповсюдження фрагментів по всій Землі", - сказав він, - але як сміття перерозподіляється навколо планетарного тіла - це справді цікаве питання. Цій частині потрібно набагато більше роботи і просто зараз на межі того, що ми можемо зробити чисельно ».
Коли мова йде про воду у внутрішніх місцях Місяця - яка колись вважалася сухою, проте останні вимірювання зразків дозволяють припустити, що вміст води в місячній мантії становить від 200 до декількох тисяч частин на мільярд - модель Ботке також може вирішити це проблема.
"Якщо це правда", - пише команда у своєму документі, - можливо, той же снаряд, який доставив більшу частину ВСГС Місяця, також міг забезпечити його водою .... Нарощення пізнього моря дає альтернативне пояснення у випадку, якщо вода місячної мантії не може мігрувати від післягігантського впливу Землі до зростаючого Місяця через гарячий і сильно випарований протолунарний диск ".
Щодо того, чому менші снаряди потрапили на Місяць порівняно із Землею, Ботк сказав, що це просто гра чисел. "Ми починаємо з населення, яке має певну кількість великих речей, середніх і дрібних речей", - сказав він. "І ми випадково вибираємо снаряди з цієї популяції, і для кожного великого хлопця, який потрапив на Місяць, 20 потрапило на Землю. І ми граємо в цю гру, і якщо кількість снарядів обмежена, якщо Місяць потрапляє лише один раз або два рази від цієї популяції, це означає, що Земля потрапляє в 20-30 разів, це достатньо, щоб нам - у більшості випадків - що ми бачимо ».
Ботке заявив, що це дослідження дало йому шанс співпрацювати з геохіміками, «які мають всілякі цікаві речі, які допомагають стримувати процеси, що спричинили формування планети. Проблема полягає в тому, що іноді вони мають велику інформацію, але у них немає динамічного процесу, який може працювати. Тож, працюючи разом, я думаю, що нам вдалося досягти цікавих результатів ».
"Найбільш хвилююче для мене - це те, що ми повинні мати можливість використовувати ці достатки, які ми маємо на Землі, Місяці та Марсі, щоб справді розповісти історію про формування планети", - сказав Боттк.
Джерела: Наука, телефонне інтерв'ю з Ботке
