En tungt kraterad månyta genom att bombardera asteroider. Bildkredit: NASA Klicka för förstoring
Hit-and-run kollisioner mellan embryonala planeter under en kritisk period i solsystemets tidiga historia kan bero på några tidigare oförklarade egenskaper hos planeter, asteroider och meteoriter, enligt forskare vid University of California, Santa Cruz, som beskrev deras resultat i 12 januari-numret av tidskriften Nature.
De fyra ”markbundna” eller steniga planeterna (Jorden, Mars, Venus och Merkurius) är produkterna från en första period, som varar tiotals miljoner år, av våldsamma kollisioner mellan planetariska kroppar i olika storlekar. Forskare har mestadels betraktat dessa händelser i termer av tillträde till nytt material och andra effekter på den påverkade planeten, medan liten uppmärksamhet har ägnats åt impaktorn. (Per definition är slagen den mindre av de två kolliderande kropparna.)
Men när planeter kolliderar fastnar de inte alltid ihop. Ungefär hälften av tiden kommer en planetstorlekstaktor som träffar en annan planstorlekskropp att hoppa av, och dessa hit-and-run kollisioner har drastiska konsekvenser för impactor, säger Erik Asphaug, docent i jordvetenskap vid UCSC och första författare till Naturpapperet.
"Du hamnar med planeter som lämnar brottsplatsen som ser väldigt annorlunda ut än när de kom in - de kan förlora sin atmosfär, skorpa, till och med manteln, eller de kan rivas isär i en familj med mindre föremål," sa Asphaug .
Resterna av dessa störda stötar kan hittas i hela asteroidbältet och bland meteoriter, som är fragment av andra planetkroppar som har landat på jorden, sade han. Till och med planeten Merkurius kan ha varit en hit-and-run impactor som hade mycket av dess yttre lager avrivits bort, vilket lämnade den med en relativt stor kärna och tunn skorpa och mantel, sa Asphaug. Det scenariot förblir dock spekulativt och kräver ytterligare studier, sade han.
Asphaug och postdoktor Craig Agnor använde kraftfulla datorer för att köra simuleringar av en rad scenarier, från betesammanhang till direkta träffar mellan planeter i jämförbara storlekar. Medförfattare Quentin Williams, professor i geovetenskap vid UCSC, analyserade resultaten av dessa simuleringar i termer av deras effekter på sammansättningen och sluttillståndet för kvarvarande objekt.
Forskarna fann att även nära möten där de två föremålen faktiskt inte kolliderar kan påverka det mindre objektet allvarligt.
"När två massiva föremål passerar nära varandra, framkallar gravitationskrafter dramatiska fysiska förändringar - dekomprimering, smältning, strippning av material och till och med förstörelse av det mindre objektet," sade Williams. "Du kan göra mycket fysik och kemi på objekt i solsystemet utan att ens beröra dem."
En planet utövar enormt tryck på sig själv genom självtyngd, men gravitationsdragningen hos ett större objekt som passerar nära kan få trycket att falla brant. Effekterna av denna tryckavlastning kan vara explosiv, sade Williams.
"Det är som att ta bort världens mest kolsyrade dryck," sade han. ”Det som händer när en planet blir dekomprimerad med 50 procent är något vi inte förstår så bra i detta skede, men det kan förändra kemi och fysik överallt och producera en komplexitet av material som mycket väl kan stå för heterogeniteten vi ser i meteoriter. ”
Bildningen av de markbundna planeterna tros ha börjat med en fas av skonsam tillförsel inom en skiva med gas och damm runt solen. Embryonplaneter gabbade upp mycket av materialet runt dem tills det inre solsystemet var värd omkring 100 mån-storlekar till Mars-storlek planeter, sa Asphaug. Gravitationsinteraktioner med varandra och med Jupiter kastade sedan dessa protoplaneter ut ur sina cirkulära banor, vilket sätter igång en era av jättepåverkan som troligen varade 30 till 50 miljoner år, sade han.
Forskare har använt datorer för att simulera bildandet av markplaneterna från hundratals mindre kroppar, men de flesta av dessa simuleringar har antagit att när planeter kolliderar de fastnar, säger Asphaug.
"Vi har alltid visat att det är en tillnärmning, men det är faktiskt inte lätt för planeter att smälta samman," sade han. "Våra beräkningar visar att de måste röra sig ganska långsamt och slå nästan framåt för att ackreditera."
Det är lätt för en planet att locka till sig en mycket mindre objekt än sig själv. I jättepåverkan mellan kroppsstora kroppar är emellertid slagytan jämförbar i storlek med målet. I fallet med en Mars-storleksanordning som träffar ett jordstorleksmål, skulle impactor vara en tiondel av massan men helt och hållet en halv diameter av jorden, sa Asphaug.
”Föreställ dig att två planeter kolliderar, den ena halvan så stor som den andra, med en typisk slagvinkel på 45 grader. Ungefär hälften av den mindre planeten korsar inte riktigt den större planeten, medan den andra hälften stoppas död i sina spår, ”sa Asphaug. "Så det är enorma skjuvning på gång, och då har du otroligt kraftfulla tidvattenkrafter som agerar på nära avstånd. Kombinationen fungerar för att dra den mindre planeten isär även när den lämnar, så i de allvarligaste fallen tappar stötarna en stor del av sin mantel, för att inte tala om sin atmosfär och skorpa. "
Enligt Agnor är hela problemet med planetbildning mycket komplext, och att ta bort den roll som spelas av hit-and-run fragmentering kollisioner kommer att kräva ytterligare studier. Genom att undersöka planetkollisioner ur impactors perspektiv har dock UCSC-forskarna identifierat fysiska mekanismer som kan förklara många förbryllande drag hos asteroider.
Hit-and-run kollisioner kan producera en mängd olika typer av asteroider, sade Williams. "Vissa asteroider ser ut som små planeter, inte särskilt störda, och i den andra änden av spektrumet är de som ser ut som järnrika hundben i rymden," sade han. ”Det här är en mekanism som kan ta bort olika mängder av det steniga materialet som komponerar skorpan och manteln. Det som finns kvar kan sträcka sig från bara den järnrika kärnan genom en hel serie blandningar med olika mängder silikater. "
Ett av pusslarna i asteroidbältet är bevisen på utbredd global smältning av asteroider. Effektuppvärmningen är ineffektiv eftersom den avsätter värme lokalt. Det är inte klart vad som kan förvandla en asteroid till en stor smält klump, men depressurization i en hit-and-run kollision kan göra susen, sa Asphaug.
"Om trycket sjunker med en faktor två, kan du gå från något som bara är varmt till något smält," sade han.
Depressurisering kan också koka av vatten och släppa ut gaser, vilket förklarar varför många differentierade meteoriter tenderar att vara fria från vatten och andra flyktiga ämnen. Dessa och andra processer involverade i hit-and-run kollisioner bör studeras mer i detalj, sa Asphaug.
"Det är en ny mekanism för planetutveckling och asteroidbildning, och det antyder många intressanta scenarier som motiverar ytterligare studier," sade han.
Originalkälla: NASA Astrobiology
