Månen och dess mörka fläckar. Bildkredit: NASA. Klicka för att förstora.
Människor i varje kultur har fascinerats av de mörka "fläckarna" på månen, som verkar komponera en kanin, grodor eller en clowns ansikte. Med Apollo-uppdragen fann forskare att dessa funktioner faktiskt är enorma påverkanbassänger som översvämmades med nu stelnat lava. En överraskning var att dessa bassänger bildades relativt sent i det tidiga solsystemets historia - ungefär 700 miljoner år efter bildandet av jorden och månen. Många forskare tror nu att dessa månfasthetsbassänger vittnar om en enorm topp i bombardemangshastigheten på planeterna - kallad det sena tunga bombardemanget (LHB). Orsaken till ett så intensivt bombardemang anses dock av många vara ett av de bäst bevarade mysterierna i solsystemets historia.
I en serie med tre artiklar publicerade i veckans nummer av tidskriften Nature, ett internationellt team av planetforskare, Rodney Gomes (National Observatory of Brazil), Harold Levison (Southwest Research Institute, USA), Alessandro Morbidelli (Observatoire de la C ? te d'Azur, Frankrike) och Kleomenis Tsiganis (OCA och universitetet i Thessaloniki, Grekland) - sammanförda av ett besöksprogram värd på Observatoire de la C? te d'Azur i Nice - föreslog en modell som inte bara naturligt löser mysteriet om LHB: s ursprung, men förklarar också många av de observerade egenskaperna hos det yttre planetariska systemet.
Denna nya modell föreställer sig att de fyra jätteplaneterna, Jupiter, Saturn, Uranus och Neptune, bildades i en mycket kompakt omloppskonfiguration, som var omgiven av en skiva med små föremål gjorda av is och sten (känd som "planetesimals"). Numeriska simuleringar från Nice-teamet visar att några av dessa planetesim sakta läckte ut från disken på grund av planeternas gravitationseffekter. Planeterna spridda dessa mindre objekt över hela solsystemet, ibland utåt och ibland inåt.
"Som Isaac Newton lärde oss, för varje handling finns det en lika och motsatt reaktion," säger Tsiganis. ”Om en planet kastar en planetesimal ur solsystemet, rör sig planeten mot solen, bara en liten bit, i kompensation. Om å andra sidan planeten sprider planetesimalet inåt, hoppar planeten något längre från solen. ”
Numeriska simuleringar visar att Jupiter i genomsnitt rörde sig inåt medan de andra jätteplaneterna rörde sig utåt.
Ursprungligen var det en mycket långsam process som tog miljoner år för planeterna att flytta en liten mängd. Sedan, efter denna nya modell, efter 700 miljoner år, förändrades situationen plötsligt. På den tiden migrerade Saturnus genom den punkt där dess omloppsperiod var exakt dubbelt så stor som Jupiters. Denna speciella omloppskonfiguration fick Jupiters och Saturns banor plötsligt att bli mer elliptiska.
"Detta orsakade att banorna i Uranus och Neptune blev nötter", säger Gomes. "Deras banor blev väldigt excentriska och de började spridas av varandra - och Saturnus också."
Teamet från Nice hävdar att denna utveckling av Uranus och Neptuns banor orsakade LHB på månen. Deras datorsimuleringar visar att dessa planeter mycket snabbt trängde in i den planetesimala skivan och spridde föremål över planetsystemet. Många av dessa föremål gick in i det inre solsystemet där de peppade jorden och månen med stötar. Dessutom destabiliserade hela processen banor av asteroider, som då också skulle ha bidragit till LHB. Slutligen fick graviditetseffekterna av den planetesimala skivan Uranus och Neptunus att utvecklas till deras nuvarande banor.
"Det är väldigt övertygande," säger Levison. ”Vi har gjort flera dussin simuleringar av den här processen, och statistiskt sett hamnade planeterna på banor som var mycket lika dem som vi ser, med rätt separationer, excentriciteter och lutningar. Så förutom LHB kan vi också förklara banorna på jätteplaneterna. Ingen annan modell har någonsin åstadkommit någon sak tidigare. ”
Men det fanns ytterligare ett hinder att övervinna. Solsystemet innehåller för närvarande en population av asteroider som följer väsentligen samma bana som Jupiter, men leder eller spårar denna planet med ett vinkelavstånd på ungefär 60 grader. Datorsimuleringar visar att dessa kroppar, kända som "trojanska asteroider", skulle ha gått förlorade när jätteplanets banor förändrades.
"Vi satt i månader och oroade oss för det här problemet, vilket tycktes ogiltigt vår modell," säger Morbidelli, "tills vi insåg att om en fågel kan fly från en öppen bur, kan en annan komma och bo i den."
Teamet i Nice fann att några av de mycket föremål som drev planetutvecklingen, och som orsakade LHB, också skulle ha fångats in i trojanska asteroidbanor. I simuleringarna visade sig de fångade trojanerna reproducera omloppsfördelningen av de observerade trojanerna, som hittills var oförklarlig. Den totala förutsagda massan av de fångade föremålen var också i överensstämmelse med den observerade populationen.
Sammantaget förklarar Nice-teamets nya modell naturligtvis banorna på jätteplaneterna, trojanska asteroiderna och LHB till en aldrig tidigare skådad noggrannhet. "Vår modell förklarar så många saker att vi tror att det i princip måste vara korrekt", säger Mordibelli. "Strukturen i det yttre solsystemet visar att planeterna troligen gick igenom en skakning väl efter planets formationsprocess slut."
Originalkälla: SWRI News Release
