Mars är en liten planet. För forskare som gör solsystemmodellering är planeten faktiskt det för små. "Alla som gör simuleringar av hur du bildar markplaneter slutar alltid med en Mars som är 5-10 gånger större än den är i verkligheten." Minton har arbetat tillsammans med kollegan Dr Hal Levison för att skapa nya simuleringar som förklarar den lilla storleken på Mars genom att inkludera effekten av det som kallas planetesimal driven migration, och dessutom kan små föremål som Minton kallar "Marstinis" kunna röras eller skaka upp våra idéer om det tidiga solsystemet och Late Heavy Bombardment.
Planetforskare håller med om att de markbundna planeterna bildades mycket snabbt under de första 50-100 miljoner åren av solsystemets historia och vår måne bildades av en påverkan mellan ett Mars-stort objekt och proto-jorden vid någon tidpunkt under den tiden. Mycket senare var Late Heavy Bombardment, den tidsperiod där ett stort antal slagkratrar bildades på månen inom en tidsperiod på bara sjuttio miljoner år - och av slutsatsen Jorden, Merkurius, Venus och Mars var troligen också pummelade.
De flesta planetformationsteorier kan inte redogöra för denna intensiva bombardemangsperiod så sent i solsystemets historia, men Levison var en del av ett team som 2005 föreslog Nice-modellen, som föreslog hur Late Heavy Bombardment utlöste när jätteplaneterna - som bildades i en mer kompakt konfiguration - migrerade snabbt bort från varandra (och deras omloppsseparationer ökade alla), och en skiva av små "planetesimaler" som låg utanför planeternas banor destabiliserades, vilket orsakade en plötslig massiv leverans av dessa planetesimaler - asteroider och kometer - till det inre solsystemet.
Men enligt modellen orsakade planetesimaler sannolikt också planetens migration också. Planeterna bildades från en jätte skiva av gas, damm, stenigt skräp och is som omger den tidiga solen. Avfall sammansmälts för att bilda större objekt i planetstorlek, och simuleringar visar att större planetstorlekar som är inbäddade i en skiva med mindre objekt kommer att migrera till följd av vinkelmoment och energibesparing när planeterna sprider planetesimalerna de möter.
"Störningar från små steniga eller isiga föremål som omger ett större objekt kan få det större objektet att" scoota "längs disken," sa Minton till Space Magazine. ”Varje gång dessa lilla planetesimaler möter det större objektet orsakar de faktiskt en liten nudge i positionen för det större objektet. Det visar sig om du räknar ut matematiken, om det finns någon form av liten obalans i antalet föremål som möter på den soliga sidan mot att möta på den anti-sunward sidan, kan du faktiskt orsaka en nettorörelse av den stora kroppen, och det händer faktiskt ganska snabbt. ”
Minton och Levison har använt samma fysik av planetdimensionerad migration till bildandet av markplaneterna.
"I fallet med Mars, föreställ dig dessa planetariska embryon som finns i zonen Earth-Venus," sade Minton. "Då har du ett litet embryo som växer till att bli Mars-stort, och det skulle börja migrera på grund av planetdimensionerad migration, och det skjuter bort från de andra killarna. Så den har lämnat förpackningen, och när den rör sig genom disken, blir den strandad bort där all action pågår. ”
Så Mars: s tillväxt blev fast vid sin nuvarande storlek eftersom den vandrade bort från planetbyggnadsmaterialen.
Minton sa att deras simuleringar av detta fungerar riktigt bra.
"Vi har gjort mycket matematik och migrationen är ganska snabb", sade han, "och Mars kunde migrera genom disken innan någon annan Mars-storlek planet kunde bildas. I ett tidigt solsystem där du har en Mars strandad av vid kanten av skivan vid 1,5 AU, som är där den är just nu och alla andra åtgärder som pågår i Earth-Venus zonen, då Jorden och Venus kunde växa till den storlek de är nu, där de båda har ungefär samma storlek och massa och Mars är strandade på egen hand. ”
Och med Mars finns det en twist av Marstinis, som kan erbjuda en alternativ förklaring till Late Heavy Bombardment.
Den migrerande Mars kunde ha tagit upp planetesimaler i sin resonans, där två eller flera kretsande kroppar utövar ett gravitationellt inflytande på varandra.
"Det är inte alls uppenbart varför det är", sade Minton, "men samma sak tros ha hänt i det yttre solsystemet, vilket är det som gav Pluto sin bana. Vi tror att Pluto faktiskt plockades upp i 3: 2-resonansen med Neptun när Neptun migrerade ut, och det är därför Pluto och de andra "Plutinos" lever i dessa resonanser med Neptun. "
Plutinos är andra Kuiper Belt-objekt nära Pluto. Den resonansen innebär att Pluto och Plutinoerna går runt solen tre gånger för varje två gånger Neptune gör. Det finns också två-tinos, som fångas i en 1: 2-resonans med Neptun - och som finns mot ytterkanten av Kuiper-bältet. De nya simuleringarna visar att dessa resonanslinjer nästan är som en snöplog, och när Neptune vandrade ut plockade han upp alla dessa små isiga kroppar, Pluto och Plutinos.
Detta kunde också ha hänt med Mars, och när Mars migrerade genom disken skulle det också ha tagit upp små föremål.
"Jag har bestämt mig för att ringa dessa Marstinis, för att hålla i Plutino- och två-tino-temat," sa Minton med ett flin. "Jag vet inte om det kommer att hålla fast eller inte."
Men det intressanta med Marstinierna, sa Minton, är att en 3: 2-resonans med Mars faktiskt är en mycket instabil zon.
"Det finns faktiskt en resonans där med Saturn som bara fanns under tidpunkten för det sena tunga bombardemanget," sade han, "så innan detta, Saturnus - tror vi - var i en annan position, så just denna resonans var i en annan position . Så det var först efter att jätteplaneterna migrerade till sin nuvarande plats att denna resonansplats blev instabil. Så vi tror att dessa Marstinis skulle ha varit stabila och under den mellanliggande perioden mellan slutet av planetbildning och Late Heavy Bombardment blev plötsligt denna region instabil när planeterna flyttade positioner till sina nuvarande platser. ”
Kan Marstinierna vara ansvariga för det sena tunga bombardemanget?
"Dessa Marstinis drevs ut från planeten som bildade regioner ut till asteroidbältet," sade Minton, "då plötsligt migrerade planeterna och hela regionen blev instabil och så alla kunde ha gått i det inre solsystemet och hamnar på månen. "
Det finns ett par andra argument också där Marstinis passar in i profilen för det som träffade månen under Late Heavy Bombardment.
"Vi har skäl att tro att föremålen som träffade månen under Late Heavy Bombardment var på samma sätt som asteroider men inte precis som de asteroider vi har nu," sa Minton. "Så det finns några kemiska argument som du kan göra, du kan också göra några argument från påverkans sannolikheterna som kanske inte har varit tillräckligt med massa i asteroidbältet för att leverera alla asteroider och påverkan vi ser på månen."
Men det finns andra enastående frågor som hur länge Late Heavy Bombardment varade, när det började, var kometer någonsin viktiga i Månens bombardementshistoria eller var det alla asteroider? Minton sa att ytterligare utforskning av månen skulle besvara många av dessa frågor.
”Det här är allt vi verkligen behöver gå till månen för att ta reda på och det finns nästan ingen annanstans du kan gå för att göra det. Det är verkligen en av de bästa platserna att gå för att förstå hela solsystemets historia.
Minton kommer att presentera sina resultat på den kommande Lunar and Planetary Science Conference i mars 2011.
Du kan lyssna på en intervju som jag gjorde med Minton om planetesimal driven migration för NASA Lunar Science Institute-podcast (även tillgänglig på 365 Days of Astronomy.)
