Поверхность Луны с большим количеством ячеек, бомбардирующая астероиды. Изображение предоставлено NASA Нажмите для увеличения
По словам исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, столкновения наездников между зародышевыми планетами в критический период ранней истории Солнечной системы могут объяснять некоторые ранее необъяснимые свойства планет, астероидов и метеоритов. их выводы в номере журнала Nature от 12 января.
Четыре «земные» или каменистые планеты (Земля, Марс, Венера и Меркурий) являются продуктами начального периода продолжительностью в десятки миллионов лет насильственных столкновений между планетными телами различных размеров. Ученые в основном рассматривали эти события с точки зрения накопления нового материала и других воздействий на планету, на которую воздействовали, в то время как импактору уделялось мало внимания. (По определению, ударник является меньшим из двух сталкивающихся тел.)
Но когда планеты сталкиваются, они не всегда держатся вместе. Примерно в половине случаев ударник размером с планету, ударяясь о другое тело размером с планету, отскочит, и эти столкновения с ударом и бегом имеют радикальные последствия для ударника, сказал Эрик Аспауг, доцент наук о Земле в UCSC и первый автор Природа бумаги.
«В результате вы получаете планеты, которые покидают место преступления и выглядят совершенно иначе, чем когда они вошли - они могут потерять свою атмосферу, кору, даже мантию, или они могут быть разорваны на семью более мелких объектов», - сказал Аспхауг. ,
По его словам, остатки этих разрушенных ударников можно найти по всему поясу астероидов и среди метеоритов, которые являются фрагментами других планетных тел, которые приземлились на Земле. По словам Асфауга, даже планета Меркурий, возможно, была ударным ударом, у которого была удалена большая часть внешних слоев, в результате чего она имела относительно большое ядро и тонкую кору и мантию. Этот сценарий остается спекулятивным, однако, и требует дополнительного изучения, сказал он.
Asphaug и постдокторский исследователь Крейг Агнор использовали мощные компьютеры для запуска моделирования различных сценариев, от пасущихся встреч до прямых попаданий между планетами сопоставимых размеров. Соавтор Квентин Уильямс, профессор наук о Земле в UCSC, проанализировал результаты этого моделирования с точки зрения их влияния на состав и конечное состояние остаточных объектов.
Исследователи обнаружили, что даже близкие встречи, в которых два объекта фактически не сталкиваются, могут серьезно повлиять на меньший объект.
«Когда два массивных объекта проходят рядом друг с другом, гравитационные силы вызывают драматические физические изменения - декомпрессия, плавление, удаление материала и даже уничтожение меньшего объекта», - сказал Уильямс. «Вы можете много заниматься физикой и химией на объектах Солнечной системы, даже не касаясь их».
Планета оказывает огромное давление на себя посредством самогравитации, но гравитационное притяжение более крупного объекта, проходящего рядом, может вызвать резкое падение этого давления. Эффект разгерметизации может быть взрывоопасным, сказал Уильямс.
«Это как откупорить самый газированный напиток в мире», - сказал он. «То, что происходит, когда планета разжимается на 50 процентов, - это то, что мы не очень хорошо понимаем на этом этапе, но это может изменить химию и физику повсеместно, создавая сложные материалы, которые могут очень хорошо объяснить неоднородность мы видим в метеоритах ».
Считается, что формирование планет земной группы началось с фазы мягкой аккреции внутри диска газа и пыли вокруг Солнца. По словам Асфауга, эмбриональные планеты поглощали большую часть материала вокруг себя, пока внутренняя Солнечная система не приняла около 100 планет размером с Луну и Марс. Гравитационные взаимодействия друг с другом и с Юпитером затем выбросили эти протопланеты с их круговых орбит, положив начало эпохе гигантских воздействий, которые, вероятно, длились от 30 до 50 миллионов лет, сказал он.
Ученые использовали компьютеры для моделирования формирования планет земной группы из сотен более мелких тел, но большинство из этих расчетов предполагали, что, когда планеты сталкиваются, они придерживаются, сказал Аспаг.
«Мы всегда знали, что это приблизительное значение, но на самом деле планетам нелегко слиться», - сказал он. «Наши расчеты показывают, что они должны двигаться довольно медленно и бить почти в лоб, чтобы нарастить».
Планете легко привлечь и нарастить гораздо меньший объект, чем она сама. Однако при гигантских столкновениях между телами размером с планету ударник сопоставим по размеру с целью. В случае, если ударник размером с Марс поражает цель размером с Землю, ударник будет составлять одну десятую массы, но полностью половину диаметра Земли, сказал Аспаг.
«Представьте, что сталкиваются две планеты, одна половина которых больше другой, при типичном угле удара в 45 градусов. Около половины меньшей планеты на самом деле не пересекаются с большей планетой, в то время как другая половина остановилась на месте, - сказал Асфауг. «Итак, происходит огромный сдвиг, и тогда вы получаете невероятно мощные приливные силы, действующие на близких расстояниях. Комбинация работает, чтобы разделить меньшую планету, даже когда она уходит, поэтому в самых тяжелых случаях ударник теряет большую часть своей мантии, не говоря уже о атмосфере и коре ».
По словам Агнора, вся проблема формирования планет очень сложна, и для выяснения роли фрагментарных столкновений потребуется дальнейшее изучение. Исследуя столкновения планет с точки зрения ударника, исследователи UCSC выявили физические механизмы, которые могут объяснить многие загадочные особенности астероидов.
По словам Уильямса, при столкновениях типа «наезд и побег» может появиться множество различных видов астероидов. «Некоторые астероиды похожи на маленькие планеты, не сильно потревоженные, а на другом конце спектра - те, которые похожи на богатые железом кости собаки в космосе», - сказал он. «Это механизм, который может снимать различные количества каменистого материала, который составляет корку и мантию. То, что осталось, может варьироваться от всего богатого железом ядра до целого набора смесей с различным количеством силикатов ».
Одна из загадок пояса астероидов - свидетельство широко распространенного глобального таяния астероидов. Ударное нагревание неэффективно, поскольку оно отдает тепло локально. Неясно, что может превратить астероид в большой расплавленный шарик, но разгерметизация при ударе и столкновении может помочь, сказал Аспаг.
«Если давление падает в два раза, вы можете перейти от чего-то просто горячего к чему-то расплавленному», - сказал он.
Сброс давления может также выкипать из воды и выделять газы, что объясняет, почему многие дифференцированные метеориты, как правило, не содержат воды и других летучих веществ. Эти и другие процессы, участвующие в столкновениях с наездом, должны быть изучены более подробно, сказал Аспаг.
«Это новый механизм эволюции планет и образования астероидов, и он предлагает много интересных сценариев, которые требуют дальнейшего изучения», - сказал он.
Первоначальный источник: НАСА Астробиология
