Eines der grundlegenden Probleme der Planetenforschung besteht darin, festzustellen, wie sich Planetenkörper im inneren Sonnensystem gebildet und entwickelt haben. Ein neues Computermodell legt nahe, dass riesige Objekte - einige so groß wie große Objekte des Kuipergürtels wie Pluto und Eris - wahrscheinlich die Erde, den Mond und den Mars in den späten Stadien der Planetenbildung getroffen und Schwermetalle auf die Planetenoberflächen gebracht haben. Dieses Modell, das von verschiedenen Forschern des NASA Lunar Science Institute entwickelt wurde, befasst sich überraschenderweise mit vielen verschiedenen Rätseln im gesamten Sonnensystem, z. B. wie die Erde metallliebende Elemente wie Gold und Platin in ihrem Mantel behalten kann, wie das Innere des Der Mond könnte tatsächlich nass sein und die seltsame Verteilung in der Größe von Asteroiden.
"Die meisten Beweise dafür, was in den späten Stadien der Planetenbildung passiert ist, wurden im Laufe der Zeit gelöscht", sagte Bill Bottke vom Southwest Research Institute, der das Forschungsteam leitete. "Der Weg, den wir auf diesen Welten verfolgt haben, ist ziemlich kalt und es ist ziemlich aufregend, mehr Informationen aus dem, was wir haben, herauszuholen und einige langjährige Probleme zu beantworten."
Bottke sagte dem Space Magazine, dass die Geschichte, die dieses neue Modell erzählt, "nicht so kompliziert ist, wie es auf den ersten Blick aussieht", sagte er. "Es enthält viele Konzepte zusammen, und einige der Konzepte gibt es tatsächlich schon eine Weile."
Bottke und sein Team haben ihre Ergebnisse in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.
Die Forscher begannen mit der allgemein akzeptierten Theorie, wie unser Mond durch einen riesigen Aufprall zwischen der frühen Erde und einem anderen marsgroßen Planetenkörper geschaffen wurde. "Dies war das traumatischste Ereignis, das die Erde wahrscheinlich jemals durchgemacht hat, und dies war die Zeit, in der vermutlich sowohl die Erde als auch der Mond ihre Kerne bildeten", sagte Bottke.
Das schwere Eisen fiel in die Mitte der beiden Körper, und sogenannte hochsiderophile oder metallliebende Elemente wie Rhenium, Osmiumplatin, Palladium und Gold sollten dem Eisen und anderen Metallen in der Folge bis zum Kern gefolgt sein des mondbildenden Ereignisses, wobei die felsigen Krusten und Mäntel dieser Körper frei von diesen Elementen bleiben.
„Diese Elemente lieben es, dem Metall zu folgen“, sagte Bottke. „Wenn das Metall also bis zum Kern abfließt, möchten diese Elemente mit ihnen abfließen. Wenn dies also richtig ist, was wir erwarten würden, dass Gesteine, die aus unserem Mantel stammen, fast keine hochsiderophilen Elemente haben sollten, vielleicht 10 bis minus 5 oder so. Aber überraschenderweise sehen wir das nicht. Sie sind nur um einen Faktor von weniger als 200 weniger häufig als erwartet, ein Faktor von etwa 100.000. “
Bottke sagte, dieses Problem sei seit den 1970er Jahren diskutiert worden, mit verschiedenen Vorschlägen zur Lösung des Problems.
„Die beste Antwort ist, dass es nach dem Aufprall des Mondes auch andere Dinge gab, die in den späten Stadien der Planetenbildung auf die Erde trafen, Objekte, die kleiner waren, und diese kleineren Objekte füllten diese Elemente wieder auf und gaben uns die Fülle, die wir hatten siehe heute. Dies wird als späte Akkretion bezeichnet “, sagte er.
Auf dem Mond geschah dasselbe. Bei diesem Szenario gab es jedoch ein Problem. Das Verhältnis dieser Elemente auf der Erde zu Felsen auf dem Mond beträgt etwa 1000 zu 1.
„Der Gravitationsquerschnitt der Erde ist ungefähr 20-mal so groß wie der des Mondes“, sagte Bottke. „Für jedes Objekt, das den Mond trifft, sollten ungefähr zwanzig die Erde getroffen haben. Und wenn die späte Akkretion diese Elemente liefert, sollten Sie ein Verhältnis von etwa 20 zu 1 haben. Aber das sehen wir nicht - wir sehen ein Verhältnis von 1000 zu 1. “
Bottke - ein Planetendynamiker - diskutierte dies mit seinem Kollegen David Nesvorny, ebenfalls von SWRI, sowie geophysikalisch-geochemischen Modellierern wie Richard Walker von der University of Maryland, James Day von der University of Maryland und Linda Elkins-Tanton von der Massachusetts Institute of Technology.
Sie entwickelten ein Computermodell, das eine Antwort zu geben schien.
"Beim Roulette mit diesen Objekten stellte ich fest, dass die Erde sehr oft von riesigen Impaktoren getroffen wurde, die der Mond niemals sehen würde", sagte Bottke. "Dieses Ergebnis legt nahe, dass die Dinge, die am Ende der Planetenbildungsperiode auf Erde und Mond treffen, von sehr großen Objekten dominiert wurden."
Das Modell prognostizierte, dass der größte der späten Impaktoren auf der Erde mit einem Durchmesser von 2.400 bis 3.200 km (1.500 bis 2.000 Meilen) und der Mond mit einem Durchmesser von etwa 240 bis 320 km (240 bis 320 km) im Durchmesser liegt.
Bottke nannte das ein "süßes" Ergebnis - aber sie brauchten mehr Belege. Also warfen sie einen Blick auf die letzte überlebende Bevölkerung der Dinge, die die Planeten bauten, den inneren Asteroidengürtel. "Sie finden große Asteroiden wie Ceres, Vesta und Pallas", sagte Bottke, also gibt es die großen bei 500 bis 900 km, aber dann sind Ihre nächstgrößeren Asteroiden nur etwa 250 km. Dies stimmte mit den Größen überein, die unser Modell entwickelt hat “, bei denen in dieser Region keine Asteroiden mit Zwischengrößen beobachtet werden.
Als nächstes betrachteten sie den Mars, der einige sehr große Einschlagbecken aufweist, die wahrscheinlich von den Tagen der Entstehung des Planeten übrig geblieben sind, einschließlich des Borealis-Beckens, das so groß ist, dass es wahrscheinlich die Unterschiede in der nördlichen und südlichen Hemisphäre erklärt der rote Planet.
„Wir haben die Größe der Impaktoren untersucht und projiziert, aus denen diese Aufprallbecken entstanden wären, und wir haben festgestellt, dass die Größenverteilung den Vorhersagen für Erde und Mond und auch im inneren Asteroidengürtel sehr ähnlich ist.
All diese Dinge zusammen - die theoretische Grundlage, die Beobachtungsergebnisse von Elementen auf der Erde und dem Mond und die Auswirkungen auf den Mars - sagen zusammen etwas über die Verteilung der Größe von Objekten gegen Ende der Planetenbildung aus.
Und was sind die Auswirkungen?
"Wir konnten Vorhersagen darüber treffen, was zu dieser Zeit auf Erde, Mond und Mars traf, und sie stimmen mit dem überein, was wir auf den Oberflächen sehen", sagte Bottke. "Auf dem Mars können wir ein Spiel mit den größten Projektilen spielen, die den Mars hätten treffen sollen. Es passt gut zu der Größe des großen Beckens, das sich auf dem Mars gebildet hat, und hat auch die Fülle an Elementen hervorgebracht, die wir dort sehen."
"Für den Mond wären die größten Impaktoren 250 bis 300 km, was ungefähr der Größe des Aiken-Beckens am Südpol entspricht", fuhr Bottke fort. "Für die Erde erklären diese großen Impaktoren, warum einige dieser Einschläge die Erde getroffen haben und nicht alle Elemente in den Erdkern gelangten."
Bottke sagte, dass zusätzlich zu den Komplikationen einige der größten Auswirkungen tatsächlich durch die Erde gepflügt sein könnten und tatsächlich auf der anderen Seite - in einem sehr fragmentierten Zustand - herausgekommen sind und wieder auf die Erde geregnet haben. „Wenn dies zutrifft, können Fragmente auf der ganzen Erde verteilt werden“, sagte er. „Aber wie sich die Trümmer um den Planetenkörper verteilen, ist eine wirklich interessante Frage. Dieser Teil erfordert viel mehr Arbeit und ist gerade am Rande dessen, was wir numerisch tun können. “
Wenn es um Wasser im Inneren des Mondes geht - das früher als trocken galt, aber neuere Probenmessungen deuten jedoch darauf hin, dass der Wassergehalt im Mondmantel zwischen 200 und mehreren tausend Teilen pro Milliarde liegt - könnte das Modell von Bottke dies ebenfalls berücksichtigen Problem.
"Wenn dies zutrifft", schreibt das Team in seiner Arbeit, "ist es möglich, dass dasselbe Projektil, das die meisten HSEs des Mondes abgegeben hat, es auch mit Wasser versorgt hat. Die spätere Akkretion bietet eine alternative Erklärung für den Fall, dass das Mondmantelwasser nicht wandern kann." Von der Erde nach dem Riesenaufprall bis zu einem wachsenden Mond durch eine heiße und weitgehend verdampfte protolunare Scheibe. “
Bottke sagte, es sei nur ein Spiel mit Zahlen, warum kleinere Projektile im Vergleich zur Erde auf den Mond treffen. "Wir beginnen mit einer Bevölkerung, die eine bestimmte Anzahl von großen, mittelgroßen und kleinen Dingen hat", sagte er. „Und wir wählen zufällig Projektile aus dieser Population aus und für jeden großen Kerl, der den Mond trifft, treffen 20 die Erde. Und wir spielen dieses Spiel, und wenn die Anzahl der Projektile begrenzt ist und der Mond nur ein- oder zweimal von dieser Population getroffen wird, bedeutet dies, dass die Erde 20 bis 30 Mal getroffen wird. Das reicht aus, um uns - bei den meisten Gelegenheiten - zu geben. was wir sehen."
Bottke sagte, diese Forschung habe ihm die Möglichkeit gegeben, mit Geochemikern zusammenzuarbeiten, „die alle möglichen interessanten Dinge zu sagen haben, die dazu beitragen, die Prozesse einzuschränken, die zur Planetenbildung geführt haben. Das Problem ist, dass sie manchmal großartige Informationen haben, aber keinen dynamischen Prozess haben, der funktionieren kann. Ich denke, wir haben durch die Zusammenarbeit einige interessante Ergebnisse erzielt. “
"Das Aufregendste für mich ist, dass wir in der Lage sein sollten, diese Fülle auf der Erde, dem Mond und dem Mars zu nutzen, um die Geschichte der Planetenbildung wirklich zu erzählen", sagte Bottke.
Quellen: Wissenschaft, Telefoninterview mit Bottke
