En tungt krateret måneflate ved å bombardere asteroider. Bildekreditt: NASA Trykk for større bilde
Hit-and-run kollisjoner mellom embryonale planeter i løpet av en kritisk periode i den tidlige historien til solsystemet, kan forklare noen tidligere uforklarlige egenskaper til planeter, asteroider og meteoritter, ifølge forskere ved University of California, Santa Cruz, som beskrev deres funn i 12. januar-utgaven av tidsskriftet Nature.
De fire ”jordiske” eller steinete planetene (Jorden, Mars, Venus og Merkur) er produktene fra en innledende periode, som varer flere titalls millioner år, av voldelige kollisjoner mellom planetariske kropper i forskjellige størrelser. Forskere har stort sett vurdert disse hendelsene med tanke på tilegnelsen av nytt materiale og andre effekter på den påvirkede planeten, mens lite oppmerksomhet er blitt viet til påvirkeren. (Per definisjon er påvirkeren den minste av de to sammenstøtende kroppene.)
Men når planeter kolliderer, klistrer de ikke alltid sammen. Omtrent halvparten av tiden vil en planetstor støt som treffer en annen planetstor kropp sprette av, og disse hit-and-run-kollisjonene har drastiske konsekvenser for impactoren, sa Erik Asphaug, førsteamanuensis i jordvitenskap ved UCSC og første forfatter av naturoppgaven.
"Du ender opp med planeter som forlater åstedet for forbrytelsen som ser veldig annerledes ut enn da de kom inn - de kan miste atmosfæren, skorpen, til og med mantelen, eller de kan rives fra hverandre til en familie med mindre gjenstander," sa Asphaug .
Restene av disse forstyrrede påvirkerne kan finnes i hele asteroidebeltet og blant meteoritter, som er fragmenter av andre planetariske kropper som har landet på jorden, sa han. Til og med planeten Merkur kan ha vært en slag-og-løp-påvirker som hadde mye av de ytre lagene hans strippet bort, og etterlot den med en relativt stor kjerne og tynn skorpe og mantel, sa Asphaug. Dette scenariet forblir imidlertid spekulativt, og krever ytterligere studier, sa han.
Asphaug og postdoktor Craig Agnor brukte kraftige datamaskiner for å kjøre simuleringer av en rekke scenarier, fra beite møter til direkte treff mellom planeter i sammenlignbare størrelser. Medforfatter Quentin Williams, professor i jordvitenskap ved UCSC, analyserte resultatene av disse simuleringene med tanke på deres effekter på sammensetningen og den endelige tilstanden til gjenværende gjenstander.
Forskerne fant at selv nære møter der de to objektene ikke faktisk kolliderer, kan påvirke den mindre gjenstanden alvorlig.
"Når to massive gjenstander passerer nær hverandre, induserer gravitasjonskrefter dramatiske fysiske forandringer - dekomprimering, smelting, stripping av materiale og til og med utslettelse av den mindre gjenstanden," sa Williams. "Du kan gjøre mye fysikk og kjemi på objekter i solsystemet uten å berøre dem."
En planet utøver enormt trykk på seg selv gjennom selvtyngdekraften, men gravitasjonstrekket til en større gjenstand som passerer i nærheten kan føre til at trykket faller stupbrent. Effektene av denne trykkavlastningen kan være eksplosive, sa Williams.
"Det er som å fjerne verdens mest kullsyreholdige drikke," sa han. "Det som skjer når en planet blir dekomprimert med 50 prosent, er noe vi ikke forstår så godt på dette stadiet, men det kan forskyve kjemi og fysikk over alt og produsere en kompleksitet av materialer som veldig godt kan gjøre rede for heterogeniteten vi ser i meteoritter. ”
Det er antatt at dannelsen av de jordiske planetene har begynt med en fase med forsiktig tilvekst i en skive med gass og støv rundt sola. Embryonale planeter surret opp mye av materialet rundt dem til det indre solsystemet var vertskap for rundt 100 månestore til Mars-store planeter, sa Asphaug. Gravitasjonsinteraksjoner med hverandre og med Jupiter kastet deretter disse protoplanetene ut av sine sirkulære baner, og startet en tid med gigantiske påvirkninger som sannsynligvis varte i 30 til 50 millioner år, sa han.
Forskere har brukt datamaskiner for å simulere dannelsen av de terrestriske planetene fra hundrevis av mindre kropper, men de fleste av disse simuleringene har antatt at når planeter kolliderer, klistrer de, sa Asphaug.
"Vi har alltid visst at det er en tilnærming, men det er faktisk ikke lett for planeter å slå seg sammen," sa han. "Våre beregninger viser at de må bevege seg relativt sakte og slå nesten på hodet for å akkreditere."
Det er lett for en planet å tiltrekke seg og anskaffe en mye mindre gjenstand enn seg selv. I gigantiske påvirkninger mellom organer i planetstørrelse er påvirkningen imidlertid sammenlignbar i størrelse med målet. I tilfelle av en Mars-størrelse kollisator som treffer et jordstørrelsesmål, ville kollisatoren være en tidel av massen, men helt halvparten av jordens diameter, sa Asphaug.
«Se for deg at to planeter kolliderer, den ene halvparten så stor som den andre, med en typisk slagvinkel på 45 grader. Omtrent halvparten av den mindre planeten krysser ikke egentlig den større planeten, mens den andre halvparten blir stoppet død i sine spor, ”sa Asphaug. "Så det er enorm skjæring som skjer, og så har du utrolig kraftige tidevannskrefter som virker på nær avstand. Kombinasjonen arbeider for å trekke den mindre planeten fra hverandre selv når den går, så i de alvorligste tilfellene mister støtfangeren en stor brøkdel av sin mantel, for ikke å nevne atmosfære og skorpe. "
I følge Agnor er hele problemet med planetdannelse svært komplekst, og å avlaste rollen som treffes og kjøres fragmenteringskollisjoner vil kreve ytterligere studier. Ved å undersøke planetariske kollisjoner fra perspektivet til impactor, har imidlertid UCSC-forskerne identifisert fysiske mekanismer som kan forklare mange underlige trekk ved asteroider.
Hit-and-run-kollisjoner kan produsere en lang rekke forskjellige asteroider, sa Williams. "Noen asteroider ser ut som små planeter, ikke veldig forstyrrede, og i den andre enden av spekteret er de som ser ut som jernrike hundebein i verdensrommet," sa han. “Dette er en mekanisme som kan fjerne forskjellige mengder av det steinete materialet som komponerer jordskorpen og mantelen. Det som blir igjen, kan variere fra bare den jernrike kjernen gjennom en hel pakke blandinger med forskjellige mengder silikater. "
Et av puslespillene til asteroidebeltet er beviset for utbredt global smelting av asteroider. Effektoppvarming er ineffektiv fordi den avgir varme lokalt. Det er ikke klart hva som kan gjøre en asteroide til en stor smeltet klatt, men trykkløshet i en hit-and-run kollisjon kan gjøre susen, sa Asphaug.
"Hvis trykket faller med en faktor på to, kan du gå fra noe som bare er varmt til noe smeltet," sa han.
Depressurization kan også koke av vann og frigjøre gasser, noe som kan forklare hvorfor mange differensierte meteoritter har en tendens til å være fri for vann og andre flyktige stoffer. Disse og andre prosesser involvert i hit-and-run-kollisjoner bør studeres mer detaljert, sa Asphaug.
"Det er en ny mekanisme for planetarisk evolusjon og asteroiddannelse, og det antyder mange interessante scenarier som berettiger videre studier," sa han.
Opprinnelig kilde: NASA Astrobiology
