De siste årene har astronomer sett på for å avgrense vår forståelse av hvordan solsystemet dannet seg. På den ene siden har du den tradisjonelle nebulære hypotesen som argumenterer for at solen, planetene og alle andre objekter i solsystemet dannet av nebuløst materiale for milliarder av år siden. Imidlertid antok astronomer tradisjonelt at planetene dannet seg i deres nåværende baner, som siden har kommet til å bli avhørt.
Dette har blitt utfordret av teorier som Grand Tack-modellen. Denne teorien sier at Jupiter migrerte fra sin opprinnelige bane etter at den dannet seg, noe som hadde stor innvirkning på det indre solsystemet. Og i en nyere studie har et internasjonalt team av forskere tatt ting et skritt videre, og foreslått at Mars faktisk dannet seg i det som i dag er Asteroidebeltet og vandret nærmere sola over tid.
Studien, med tittelen “Den kule og fjerne formasjonen av Mars”, dukket nylig opp i tidsskriftet Jord- og planetariske vitenskapsbrev. Studien ble ledet av Ramon Brasser fra Earth Life Science Institute ved Tokyo Institute of Technology, og inkluderte medlemmer fra University of Colorado, Det ungarske vitenskapsakademiet og University of Dundee i Storbritannia.
For studiens skyld behandlet teamet et av de mest skarpe problemene med tradisjonelle modeller for dannelse av solsystem. Dette er antakelsen om at Mars, Jorden og Venus dannet seg tett sammen og at Mars migrerte utover til sin nåværende bane. I tillegg hevder teorien at Mars - omtrent 53% så store som jordene og bare 15% så massiv - i hovedsak er et planetarisk embryo som aldri ble en full, steinete planet.
Imidlertid har dette vært motsagt av bulk-elementære og isotopiske studier utført på Mars-meteoritter, som har notert viktige forskjeller i sammensetning mellom Mars og Jorden. Som Brasser og teamet hans antydet i studien:
“Dette antyder at Mars dannet seg utenfor den jordiske fôringssonen under primær akkresjon. Det er derfor sannsynlig at Mars alltid holdt seg betydelig lenger fra solen enn jorden; dens vekst ble bedøvet tidlig og massen holdt seg relativt lav. ”
For å teste denne hypotesen gjennomførte teamet dynamiske simuleringer som var i samsvar med Grand Tack-modellen. I disse simuleringene flyttet Jupiter en stor konsentrasjon av masse mot sola ved at den vandret mot det indre solsystemet, noe som hadde en dyp innflytelse på formasjonen og banebetegnelsen til de jordiske planetene (Merkur, Venus, Jorden og Mars).
Teorien hevder også at denne migrasjonen trakk materiale bort fra Mars, og dermed sto for komposisjonsforskjellene og planetens mindre størrelse og masse i forhold til Venus og Jorden. Det de fant var at i en liten prosentandel av simuleringene deres dannet Mars seg lenger fra solen og at Jupiters gravitasjonstrekk presset Mars inn i sin nåværende bane.
Fra dette konkluderte teamet med at enten forskere mangler de nødvendige mekanismene for å forklare Mars 'dannelse, eller at av alle mulighetene, er dette statistisk sjeldne scenariet faktisk det riktige. Som Stephen Mojzsis - en professor i geologiske vitenskaper ved University of Colorado og en medforfatter på studien - indikerte i et fersk intervju med Astrobiology Magazine, det faktum at scenariet er sjeldent gjør det ikke mindre sannsynlig:
"Gitt nok tid, kan vi forvente disse hendelsene. For eksempel vil du til slutt få dobbelt seksere hvis du ruller terningene nok ganger. Sannsynligheten er 1/36 eller omtrent den samme som vi får for simuleringene våre av Mars 'dannelse. "
I sannhet er en 2% sannsynlighet (som de fikk fra simuleringene) neppe dårlige odds når de vurderes i kosmologiske termer. Og når man tenker på at en slik mulighet vil gi rom for de viktigste forskjellene mellom Mars og dens bakkekusiner (dvs. Jorden og Venus), synes denne tynne sannsynligheten heller mulig. Men ideen om at Mars migrerte innover i løpet av historien har også noen alvorlige implikasjoner.
Til å begynne med ble forskerne presset for å forklare hvordan Mars kunne ha hatt en tykkere, varmere atmosfære som ville ha tillatt flytende vann å eksistere på overflaten. Hvis Mars faktisk dannet seg i det moderne Asteroidebeltet, ville det vært utsatt for langt mindre solstrøm, og overflatetemperaturene ville vært betydelig lavere enn om det hadde dannet seg i dagens beliggenhet.
Imidlertid, som de antyder, hvis Mars hadde nok karbondioksid i sin tidlige atmosfære, er det mulig at påvirkninger under det sene tunge bombardementet kunne ha tillatt i perioder hvor flytende vann kunne eksistere på overflaten. Eller som de forklarer det:
"Med mindre en modell med egenartet flyktig Mars hadde, som vår modell viser, en sterk og bærekraftig drivhusatmosfære, var dens gjennomsnittlige overflatetemperatur unødig under 0 ° C. Et slikt kaldt overflatemiljø ville jevnlig blitt påvirket av bombeangrep med tidlige påvirkninger som begge startet en sykelig hydrologisk syklus, og gitt et tilfluktssted for mulig tidlig liv i den martiske skorpen. ”
I utgangspunktet, selv om Mars ville vært utsatt for mindre i veien for solenergi i løpet av sin tidlige levetid, kunne det fortsatt ha vært varmt nok til å støtte flytende vann på overflaten. Og som Mojzsis uttalte i et papir han var medforfatter i fjor, ville de mange bombardementene den mottok (som det bekreftes av de mange kratrene) ha vært nok til å smelte overflateis, tykne atmosfæren og utløse en periodisk hydrologisk syklus.
En annen interessant ting med denne studien er hvordan den spår at Venus sannsynligvis har en bulk-sammensetning (inkludert oksygenisotoper) som ligner den på Earth-Moon-systemet. I følge simuleringene deres skyldes dette at Venus og Jorden alltid delte de samme byggesteinene, mens Jorden og Mars ikke gjorde det. Disse funnene stemte overens med nyere bakkebaserte infrarøde observasjoner av Venus og dens atmosfære.
Men selvfølgelig kan det ikke trekkes noen endelige konklusjoner om det før prøver av Venus 'skorpe kan fås. Dette kan oppnås hvis og når det foreslåtte Venera-Dolgozhivuschaya (Venera-D) oppdraget - en felles NASA / Roscomos-plan for å sende en orbiter og lander til Venus - lanseres i det kommende tiåret. I mellomtiden er det andre fremragende problemer i Grand Tack-modellen og Nebular Hypothesis som må løses.
I følge Mojzsis inkluderer disse hvordan gass / isgigantene til solsystemet kunne ha dannet seg på de nåværende stedene. Ideen som de dannet i sine nåværende baner utover Asteroidebeltet, virker i strid med modeller av det tidlige solsystemet, som viser at det ikke var nok av nødvendig materiale så langt fra solen. Et alternativ er at de dannet seg nærmere solen og migrerte også utover.
Som Mojzsis forklarte, styrkes denne muligheten av nylige studier av planetariske ekstrasolarsystemer, der det har blitt funnet gassgiganter i bane veldig nær stjernene deres (dvs. "Hot Jupiters") og lenger borte:
”Vi forstår fra direkte observasjoner via Kepler-romteleskopet og tidligere studier at gigantisk planetmigrasjon er et normalt trekk ved planetariske systemer. Gigantisk planetdannelse induserer migrasjon, og migrasjon handler om tyngdekraft, og disse verdenene påvirket hverandres baner tidlig. "
Hvis det er en fordel å kunne se lenger ut i universet, er det slik det har gjort at astronomer kan komme med bedre og mer komplette teorier om hvordan solsystemet ble. Og når utforskningen vår av solsystemet fortsetter å vokse, er vi sikker på å lære mange ting som vil bidra til å fremme vår forståelse av andre stjernesystemer også.
