Månen og dens mørke flekker. Bildekreditt: NASA. Klikk for å forstørre.
Folk i hver kultur har blitt fascinert av de mørke "flekkene" på Månen, som ser ut til å komponere skikkelsen til en kanin, frosker eller ansiktet til en klovn. Med Apollo-oppdragene fant forskere at disse funksjonene faktisk er store påvirkningsbassenger som ble oversvømmet med nå størknet lava. En overraskelse var at disse bassengene dannet seg relativt sent i historien til det tidlige solsystemet - omtrent 700 millioner år etter dannelsen av Jorden og Månen. Mange forskere mener nå at disse kollisjonsbassengene for månen vitner om en enorm stigning i bombardementfrekvensen til planetene - kalt det sene tunge bombardementet (LHB). Årsaken til et så intenst bombardement anses imidlertid av mange å være et av de best bevarte mysteriene i solsystemets historie.
I en serie med tre artikler publisert i denne ukens utgave av tidsskriftet Nature, et internasjonalt team av planetariske forskere, Rodney Gomes (National Observatory of Brazil), Harold Levison (Southwest Research Institute, USA), Alessandro Morbidelli (Observatoire de la C ? te d'Azur, Frankrike) og Kleomenis Tsiganis (OCA og Universitetet i Thessaloniki, Hellas) - samlet av et besøksprogram som ble arrangert på Observatoire de la C? te d'Azur i Nice - foreslo en modell som ikke bare naturlig løser mysteriet med opprinnelsen til LHB, men forklarer også mange av de observerte egenskapene til det ytre planetariske systemet.
Denne nye modellen ser for seg at de fire gigantiske planetene, Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune, dannet i en veldig kompakt orbitalkonfigurasjon, som var omgitt av en disk med små gjenstander laget av is og stein (kjent som "planetesimals"). Numeriske simuleringer av Nice-teamet viser at noen av disse planetesimene sakte lekket ut av disken på grunn av gravitasjonseffektene av planetene. Planetene spredte disse mindre objektene over hele solsystemet, noen ganger utover og noen ganger innover.
"Som Isaac Newton lærte oss, for alle handlinger er det en like og motsatt reaksjon," sier Tsiganis. “Hvis en planet kaster en planetesimal ut av solsystemet, beveger planeten seg mot Solen, bare en liten bit, i kompensasjon. Hvis planen derimot sprer planetesimalet innover, hopper planeten litt lenger fra solen. ”
Numeriske simuleringer viser at Jupiter i gjennomsnitt beveget seg innover mens de andre gigantiske planetene beveget seg utover.
Til å begynne med var dette en veldig treg prosess som tok millioner av år for planetene å flytte en liten mengde. Da, etter denne nye modellen, etter 700 millioner år, endret situasjonen seg plutselig. På den tiden migrerte Saturn gjennom punktet der baneperioden var nøyaktig det dobbelte av Jupiters. Denne spesielle banekonfigurasjonen fikk Jupiters og Saturns baner plutselig til å bli mer elliptiske.
"Dette fikk banene til Uranus og Neptune til å gå nøtt," sier Gomes. "Banene deres ble veldig eksentriske, og de begynte å spre seg fra hverandre - og Saturn også."
Nice-teamet hevder at denne utviklingen av Uranus og Neptuns baner forårsaket LHB på månen. Datasimuleringene deres viser at disse planetene veldig raskt penetrerte planetesimal-disken og spredte objekter i hele planetersystemet. Mange av disse objektene kom inn i det indre solsystemet der de pepret Jorden og Månen med støt. I tillegg destabiliserte hele prosessen banene til asteroider, som da også ville bidratt til LHB. Til slutt fikk gravitasjonseffektene av den planetesimale disken Uranus og Neptune til å utvikle seg til deres nåværende baner.
"Det er veldig overbevisende," sier Levison. "Vi har laget flere dusin simuleringer av denne prosessen, og statistisk sett endte planetene på baner som var veldig lik de vi ser, med riktige separasjoner, eksentrisiteter og tilbøyeligheter. Så i tillegg til LHB, kan vi også forklare banene til de gigantiske planetene. Ingen andre modeller har noen gang oppnådd noen ting før. ”
Imidlertid var det enda et hinder å overvinne. Solsystemet inneholder for tiden en populasjon av asteroider som i hovedsak følger den samme bane som Jupiter, men fører eller fører denne planeten i en vinkelavstand på omtrent 60 grader. Datasimuleringer viser at disse kroppene, kjent som "trojanske asteroider", ville ha gått tapt når gigantplanetenes baner endret seg.
"Vi satt i flere måneder og bekymret oss for dette problemet, som så ut til å ugyldiggjøre modellen vår," sier Morbidelli, "til vi innså at hvis en fugl kan flykte fra et åpent bur, kan en annen komme og hekke i den."
Nice-teamet fant ut at noen av selve gjenstandene som drev planetenes utvikling, og som forårsaket LHB, også ville blitt fanget inn i trojanske asteroidebaner. I simuleringene viste det seg at de fangede trojanerne viste seg å reprodusere orbitalfordelingen til de observerte trojanerne, som foreløpig var uforklarlig. Den totale predikerte massen av de fangede gjenstandene var også i samsvar med den observerte populasjonen.
Totalt sett forklarer Nice-teamets nye modell naturligvis banene til de gigantiske planetene, trojanske asteroider og LHB til enestående nøyaktighet. "Modellen vår forklarer så mange ting at vi tror den i utgangspunktet må være riktig," sier Mordibelli. "Strukturen i det ytre solsystemet viser at planetene sannsynligvis gikk gjennom en risting godt etter at planetformasjonsprosessen var slutt."
Originalkilde: SWRI News Release
