Mars er en liten planet. For forskere som gjør modellering av solsystem er planeten faktisk også liten. "Alle som gjør simuleringer av hvordan du danner bakkeplaneter ender alltid med en Mars som er 5-10 ganger større enn den er i det virkelige liv." Minton har jobbet sammen med kollega Dr. Hal Levison for å lage nye simuleringer som forklarer den lille størrelsen på Mars ved å inkludere effekten av det som er kjent som planetesimalstyrt migrasjon, og i tillegg kan små objekter som Minton kaller "Marstinis" røre eller riste opp ideene våre om det tidlige solsystemet og Late Heavy Bombardment.
Planetforskere er enige om at de jordiske planetene dannet seg veldig raskt i løpet av de første 50-100 millioner årene av solsystemets historie og månen vår dannet seg fra en påvirkning mellom en Mars-størrelse gjenstand og proto-jorden på et tidspunkt i løpet av den tiden. Mye senere var Late Heavy Bombardment, tidsperioden der et stort antall støtkratere dannet seg på Månen i løpet av et tidsrom på bare sytti millioner år - og ved inngåelse av Jorden, Merkur, Venus og Mars var sannsynligvis også pummelert.
De fleste planetariske teorier kan ikke redegjøre for denne intense perioden med bombardement så sent i solsystemets historie, men Levison var en del av et team som i 2005 foreslo Nice Model, som antydet hvordan Late Heavy Bombardment ble utløst da de gigantiske planetene - som dannet i en mer kompakt konfigurasjon - raskt migrerte bort fra hverandre (og deres orbital separasjoner økte alle), og en disk med små "planetesimals" som lå utenfor planetenees baner ble destabilisert, noe som forårsaket en plutselig massiv levering av disse planetesimaler - asteroider og kometer - til det indre solsystemet.
Men ifølge modellen har også planetesimaler også forårsaket migrasjonen av planetene. Planetene dannet fra en gigantisk skive med gass, støv, steinrester og is som omkranser den tidlige sola. Avfall sammenkalt for å danne større objekter i planetstørrelse, og simuleringer viser at større gjenstander i planetstørrelse innebygd i en disk med mindre objekter vil vandre som et resultat av vinkelmoment og energibesparing når planetene sprer planetesimene de møter.
"Perturbasjoner fra små steinete eller isete gjenstander som omgir en større gjenstand, kan føre til at den større gjenstanden" scooter "langs disken," sa Minton til Space Magazine. “Hver gang disse små planetesimene møter det større objektet, forårsaker de faktisk en liten skyv i posisjonen til det større objektet. Det viser seg at hvis du regner ut regnestykket, hvis det er noen form for liten ubalanse i antall gjenstander som møtes på solsiden siden mot å møte på den mot solsiden, kan du faktisk forårsake en netto bevegelse av den store kroppen, og det skjer faktisk ganske raskt. ”
Minton og Levison har brukt den samme fysikken som planetedriftsdrevet migrasjon til dannelsen av de terrestriske planetene.
"Når det gjelder Mars, kan du forestille deg disse planetariske embryoene som befinner seg i jord-Venus-sonen," sa Minton. "Så har du et lite embryo som vokser til å bli Mars-størrelse, og det ville begynne å migrere på grunn av planetedrivet migrasjon, og det skyter bort fra de andre gutta. Så den har forlatt pakken, og når den beveger seg gjennom disken, blir den strandet bort fra der all handlingen foregår. ”
Så Mars 'vekst ble stoppet ved sin nåværende størrelse fordi den vandret bort fra planeten bygningsmaterialer.
Minton sa at simuleringene av dette fungerer veldig bra.
"Vi har gjort mye matte og migrasjonen er ganske rask," sa han, "og Mars kunne migrere gjennom disken før noen annen planet i Mars-størrelse kunne danne seg. I et tidlig solsystem der du har en Mars strandet av ved kanten av disken ved 1,5 AU, som er der den er akkurat nå, og all den andre handlingen som skjer i Earth-Venus-sonen, kunne Earth og Venus vokse til den størrelsen de er nå, der de begge har omtrent samme størrelse og masse og Mars er strandet på egenhånd. ”
Og med Mars er det en vri av Marstinis, som kan by på en alternativ forklaring på Late Heavy Bombardment.
Den migrerende Mars kunne ha plukket opp planetesimaler i sin resonans, der to eller flere kretsende kropper utøver en gravitasjonspåvirkning på hverandre.
"Det er overhode ikke åpenbart hvorfor det er," sa Minton, "men det samme antas å ha skjedd i det ytre solsystemet, som er det som ga Pluto sin bane. Vi tror Pluto faktisk ble hentet i 3: 2-resonansen med Neptun da Neptun migrerte ut, og det er grunnen til at Pluto og de andre “Plutinos” lever i disse resonansene med Neptun. ”
Plutinoene er andre Kuiper Belt-objekter i nærheten av Pluto. Denne resonansen betyr at Pluto og Plutinoene går rundt sola tre ganger for hver andre gang Neptune gjør. Det er også to-tinos, som er fanget i en 1: 2-resonans med Neptune - og som finnes mot ytterkanten av Kuiper-beltet. De nye simuleringene viser at disse resonanslinjene nesten er som et snøplog, og da Neptun vandret ut plukket det opp alle disse små iskroppene, Pluto og Plutinos.
Dette kunne også ha skjedd med Mars, og når Mars migrerte gjennom disken ville det også ha plukket opp små objekter.
"Jeg har bestemt meg for å ringe disse Marstinis, for å beholde temaet Plutino og Two-tino," sa Minton med et flir. "Jeg vet ikke om det vil feste seg eller ikke."
Men det interessante med Marstinis, sa Minton, er at en 3: 2-resonans med Mars faktisk er en veldig ustabil sone.
"Det er faktisk en resonans der med Saturn som bare eksisterte i tiden for det sene tunge bombardementet," sa han, "så før det var Saturn - tror vi - i en annen posisjon, så denne spesielle resonansen var i en annen posisjon . Så det var først etter at de gigantiske planetene migrerte til sitt nåværende sted at dette resonansstedet ble ustabilt. Så vi tror at disse Marstinis ville ha vært stabile og i den mellomperioden mellom slutten av planetdannelsen og Late Heavy Bombardment, ble plutselig denne regionen ustabil da planetene flyttet posisjoner til sine nåværende lokasjoner. ”
Kan Marstinier være ansvarlige for det sene tunge bombardementet?
"Disse Marstiniene ble skjøvet ut fra planeten som dannet regioner ut til asteroidebeltet," sa Minton, "da migrerte plutselig planetene og hele denne regionen ble ustabil, og slik at de alle kunne ha kastet seg ut i det indre solsystemet og ende opp med å treffe månen. ”
Det er et par andre argumenter, også der Marstinis passer til profilen til det som traff månen under Late Heavy Bombardment.
"Vi har grunner til å tro at gjenstandene som traff månen under det sene tunge bombardementet var på samme måte som asteroider, men ikke akkurat som asteroidene vi har nå," sa Minton. "Så det er noen kjemiske argumenter du kan lage, også kan du lage noen argumenter fra påvirkningssannsynlighetene som kanskje ikke har vært nok masse i asteroidebeltet til å forsyne alle asteroider og påvirkninger vi ser på månen."
Men det er andre enestående problemer, som hvor lenge Late Heavy Bombardment varte, da det startet, var kometer noen gang viktige i Månens bombardementshistorie eller var det hele asteroider? Minton sa at videre utforskning av månen ville svare på mange av disse spørsmålene.
“Dette er alle ting vi virkelig trenger å gå til Månen for å finne ut av det, og det er nesten ingen andre steder du kan gå for å gjøre det. Det er virkelig et av de beste stedene å dra for å forstå hele solsystemets historie.
Minton vil presentere sine funn på den kommende Lunar and Planetary Science Conference i mars 2011.
Du kan høre på et intervju jeg gjorde med Minton om planetesimal-drevet migrasjon for NASAs Lunar Science Institute-podcast (også tilgjengelig på 365 Days of Astronomy.)
