Naše konvenční modely formování planet možná budou muset být aktualizovány, podle dvojice nových dokumentů.
Navýšení je klíčové slovo v současné teorii formování planet. Myšlenka je taková, že planety vznikly ze sluneční mlhoviny, materiálu, který zbyl po vzniku Slunce. Dokázali to prostřednictvím akrece, kdy se malé částice hromadí do masivnějších objektů. Tyto masivní objekty velikosti balvanů, nazývané planetesimály, se nadále spojovaly do větších entit, někdy prostřednictvím kolizí. Nakonec byla vnitřní sluneční soustava díky opakovaným sloučením a srážkám osídlena čtyřmi kamennými planetami.
Ale nový výzkum naznačuje, že srážky se odehrály mnohem jinak, než se myslelo, a že se objekty do sebe několikrát srazily, v sérii nárazů a jízd, než se spojily. Tento výzkum vyplňuje některé tvrdohlavé díry v našem současném chápání.
Tyto dva nové články jsou publikovány v The Planetary Science Journal. První z nich se zabývá hit-and-runs v pozdních fázích formování Země a Venuše. Jmenuje se „ Srážkové řetězce mezi pozemskými planetami. II. Asymetrie mezi Zemí a Venuší. “ Hlavním autorem je Alexandre Emsenhuber, který v době vzniku této práce působil v Lunární a planetární laboratoři Arizonské univerzity.
Výzkumníci se spoléhali na 3D simulace obřích dopadů a strojové učení založené na těchto dopadech. Zjistili, že úskoky nebo srážky jsou stejně běžné jako akreční události v pozdějších fázích formování planet, alespoň pro Venuši a Zemi. A také zjistili, že Země fungovala jako jakýsi předvoj pro Venuši a pomáhala přivádět impaktory na Venuši.
Autoři navrhují model hit-and-run-and-return pro pozemské planety a mají důkazy, které to podporují. Říkají, že předplanetární tělesa by strávila dlouhou dobu tím, že by do každého narazila, odrazila by se a vrátila se, aby do sebe znovu narazila. Vzhledem k tomu, že by je počáteční srážka zpomalila, bylo by pravděpodobnější, že se při následujících srážkách drží pohromadě. Zatímco akreční model je často přirovnáván ke sněhulákovi, kde se na něj lepí každá sněhová koule, tento model připomíná spíše kulečník. Dochází k po sobě jdoucím srážkám, přičemž každá srážka je snížena rychlostí, dokud se situace neuklidní.
Hlavním závěrem výzkumu je, že obří dopady nejsou účinnými událostmi při formování planet.
„Zjistili jsme, že většina obřích dopadů, dokonce i relativně ‚pomalých‘, jsou údery a běhy. To znamená, že aby se dvě planety spojily, musíte je obvykle nejprve zpomalit při kolizi typu hit-and-run,“ řekl Erik Asphaug, spoluautor z LPL na University of Arizona. „Přemýšlet o obřích dopadech, například o formování Měsíce, jako o singulární události, je pravděpodobně špatné. Pravděpodobně to trvalo dvě kolize za sebou.'
První ze dvou článků se zaměřuje na Venuši a Zemi, často nazývané „sesterské planety“. Ale pokud jde o sesterské planety, existují mezi nimi některé záhadné rozdíly, pokud jde o složení, geologii a tvorbu satelitů. Vědci si myslí, že vědí proč.
'Myslíme si, že během formování sluneční soustavy se raná Země chovala jako předvoj Venuše.'
Alexandre Emsenhuber, hlavní autor.
Raná sluneční soustava byla chaotickou dobou, kdy do sebe objekty narážely. Nový model ukazuje, že Země a Venuše měly neobvyklý vztah. Říká se, že Země fungovala jako jakýsi předvoj Venuše. Když objekty zasáhly Zemi a odrazily se od nich, mnoho z nich bylo posláno k Venuši nižší rychlostí. Tímto způsobem Venuše akretovala více objektů z vnější sluneční soustavy.
'Země funguje jako štít a poskytuje první zastávku proti těmto dopadajícím planetám,' řekl Asphaug. 'Spíše než ne, planeta, která se odrazí od Země, zasáhne Venuši a splyne s ní.' Částečně je to způsobeno tím, že sluneční soustava je jako gravitační studna. Čím blíže je objekt ke Slunci, tím je pravděpodobnější, že tam zůstane. Vzhledem k tomu, že Venuše je blíže, po dopadu na Zemi a odrazu se k ní přilepilo více objektů. '...impaktor, který se srazí s Venuší, je docela šťastný, že zůstane ve vnitřní sluneční soustavě, takže v určitém okamžiku znovu zasáhne Venuši,' vysvětlil Asphaug.
Země, Venuše, Mars a Merkur. Podle teorie „pozdní fáze akrece“ jsou Mars a Merkur (vpředu vlevo a vpravo) tím, co zbylo z původní populace kolidujících embryí, a Venuše a Země vyrostly v sérii obřích dopadů. Nový výzkum se zaměřuje na převahu kolizí typu hit-and-run při obřích nárazech a ukazuje, že proto-Země by sloužila jako ‚předvoj‘, který by zpomaloval těla o velikosti planety při úderech a útěcích. Ale je to častěji proto-Venuše, která je nakonec akretuje, což znamená, že pro Venuši bylo snazší získat tělesa z vnější sluneční soustavy. Obrazový kredit: Lsmpascal – Wikimedia Commons
Ale Země nemá žádný předvoj. Neexistuje nic, co by zpomalilo prolínající se objekty z vnější sluneční soustavy. V důsledku toho se mnoho předmětů jen odrazilo. A protože jsou objekty dobře přitahovány do těžiště, není pravděpodobné, že by se znovu setkaly se Zemí. Místo toho se setkají s Venuší. Tento rozpor by mohl vysvětlit rozdíly mezi Venuší a Zemí. V nízkorychlostních úderech a útěcích „…běžec je identifikovatelný zbytek projektilu (např. jádro zbavené pláště, někdy sotva tak)…“ píší autoři.
'Převládající myšlenkou bylo, že nezáleží na tom, jestli se planety srazí a nesplynou hned, protože v určitém okamžiku na sebe znovu narazí a pak se spojí,' řekl Emsenhuber. 'Ale to není to, co jsme našli.' Zjistili jsme, že se nakonec častěji stávají součástí Venuše, místo aby se vraceli zpět na Zemi. Je snazší dostat se ze Země na Venuši než naopak.'
Při většině zásahů a úletů většina projektilu náraz přežije. Ale jeho rychlost může být značně snížena a jeho dráha změněna. Pokud je běžec dostatečně zpomalen, pak mohou obě tělesa zůstat gravitačně vázána k sobě. V takovém případě tomu vědci říkají pastva a sloučení.
Práce dospěla ke čtyřem souvisejícím závěrům.
- Pozemské planety nebyly během pozdějších fází formování planet od sebe izolovány. Unikající běžci ze střetu s jednou planetou se pravděpodobně srazí s jinou planetou.
- Dlouhé kolizní řetězy jsou méně pravděpodobné, protože projektil potřebuje tak vysokou počáteční rychlost a vysokorychlostní běžci se méně pravděpodobně vrátí.
- Země sloužila jako předvoj Venuše, zpomalovala projektily v pozdní fázi a posílala je směrem k Venuši. Země akretovala jen asi polovinu projektilů, maximálně, které se s ní srazily.
- Běžci ze Země mají přibližně stejnou pravděpodobnost, že se srazí s Venuší, jako že se vrátí na Zemi. Ale Venuše si zachovává většinu svých běžců.
Měsíc
Druhý příspěvek se zabývá Měsícem a jeho vznikem. Jeho název je ' Srážkové řetězce mezi pozemskými planetami. III. Vznik Měsíce.' Je také publikován v The Planetary Science Journal. Hlavním autorem je Erik Asphaug z LPL na University of Arizona.
Převládající teorie říká, že mladou Zemi zasáhla planeta jménem Theia asi před 4,5 miliardami let. Země má větší jádro, než by na svou velikost měla mít, a to pochází od Theie. Náraz zničil Theiu a velká část její hmoty byla vyslána na oběžnou dráhu kolem Země. Nakonec splynula do Měsíce.
Ale v tomto scénáři jsou některé nevyřešené problémy. Srážková rychlost by musela být velmi nízká a izotopové složení Země a Měsíce je téměř totožné. Jediný dopad nízkou rychlostí by nedovolil, aby se veškerý materiál promíchal natolik, aby složení izotopů bylo tak podobné.
„Standardní model Měsíce vyžaduje relativně pomalou srážku,“ řekl Asphaug, „a vytvoří měsíc, který se skládá převážně z dopadající planety, nikoli proto-Země, což je velký problém, protože Měsíc má izotopová chemie téměř identická se Zemí.'
„Komise typu „graze-and-merge“ uvolní část pláště Theie na oběžnou dráhu, zatímco Země nahromadí většinu Theie a její hybnosti,“ píší autoři ve svém článku. 'Nicméně Měsíc, který pochází převážně z Theiina pláště, jak to diktuje moment hybnosti, je zpochybněn skutečností, že O, Ti, Cr, radiogenní W a další prvky jsou v Zemi a měsíčních horninách nerozeznatelné.'
Předpokládá se, že Měsíc je následkem obrovského dopadu. Podle nové teorie došlo ke dvěma obřím dopadům za sebou, odděleným asi 1 milionem let, zahrnujícími ‚Theiu‘ velikosti Marsu a proto-Země. Na tomto obrázku je navrhovaná kolize typu hit-and-run simulována ve 3D, zobrazena asi hodinu po nárazu. Výřez ukazuje železná jádra. Theia (nebo většina z nich) sotva unikne, takže je pravděpodobná následná kolize. Obrazový kredit: A. Emsenhuber/University of Bern/University of Munich.
V novém modelu týmu není jediná kolize, ale dvě. Když se Theia srazí se Zemí, pohybuje se o něco rychleji a odrazí se od Země jako úder a útěk. Asi o milion let později se vrací. Znovu se srazí se Zemí při obřím nárazu podobném stávajícímu modelu.
„Dvojitý dopad zamíchá věci mnohem víc než jedna událost,“ řekl Asphaug, „což by mohlo vysvětlit izotopickou podobnost Země a Měsíce a také to, jak by vůbec došlo k druhé, pomalé, splývající srážce.“
Tento obrázek ze studie ilustruje scénář udeření a útěku a návratu pro formování Měsíce. Vlevo je první zásah typu hit-and-run. Nakonec se Země a Theis setkají znovu, asi za milion let, a spojí se do jednoho disku. Země a Měsíc se tvoří z tohoto homogenizovaného disku. Tento model vysvětluje téměř identické izotopové složení Země a Měsíce. Image Credit: Asphaug et al 2021.
Tento nový model nárazů a řetězců kolizí má potenciál vysvětlit některé záhadné věci o pozemských planetách. Pokud je standardní akreční model správný, proč jsou vnitřní planety tak odlišné? Proč Venuše nemá svůj vlastní měsíc? Proč má Země silný magnetický štít a Venuše tak slabý?
Asphaug říká, že jejich výzkum pomáhá vysvětlit, jak tyto rozdíly mohly vzniknout.
'Podle našeho názoru by Země nahromadila většinu svého materiálu z kolizí, které byly čelními zásahy nebo byly pomalejší než ty, které zažila Venuše,' řekl. 'Srážky se Zemí, které by byly šikmější a měly vyšší rychlost, by přednostně skončily na Venuši.'
Zdravý rozum naznačuje, že Země by měla více materiálu z vnější sluneční soustavy, protože je k ní blíže než Venuše. Tento výzkum ale naznačuje opak. Projektily z vnější sluneční soustavy by pravděpodobně cestovaly rychleji, takže by se odrazily od Země při zásahu a útěku. Mnoho z těchto projektilů by si našlo cestu k Venuši a stalo se součástí této planety. Rozdíly Venuše by tedy mohly být připsány její větší složce materiálu vnější sluneční soustavy.
'Člověk by si myslel, že Země je tvořena více materiálem z vnější soustavy, protože je blíže vnější sluneční soustavě než Venuše.' Ale ve skutečnosti, když je Země v této roli předvoje, je ve skutečnosti pravděpodobnější, že Venuše nahromadí materiál vnější sluneční soustavy,“ řekl Asphaug.
Tento výzkum by také mohl vysvětlit, proč Venuše nemá Měsíc, i když tato hypotéza zvyšuje pravděpodobnost, že ho planeta získá. 'Zatímco Venuše mohla mít podle naší hypotézy větší družici než Země, že získala masivní satelit, mohla být také pravděpodobnější, že ji ztratila,' píší autoři. 'Ze stejného důvodu, z jakého Venuše znovu akumuluje větší část svých běžců, ve srovnání se Zemí, také znovu akumuluje větší část svých obřích úlomků z nárazu, kterých vyprodukuje více pro daný projektil.' Protože oběžná dráha Venuše je menší než Země, trosky z nárazu se s ní srazí dříve. Všechny ty vracející se trosky by mohly erodovat nebo dokonce zničit jakýkoli přirozený satelit, který Venuše mohla získat.
Celkově tento výzkum naznačuje větší propojenost mezi pozemskými planetami. Větší pochopení geologie Měsíce, jeho vrstvení a tuhnutí by mohlo pomoci potvrdit nový model. Stejně tak povrchové vzorky z Venuše.
Ale to je cesta do budoucna.
