En stærkt krateret måneflade ved at bombardere asteroider. Billedkredit: NASA Klik for større billede
Hit-and-run kollisioner mellem embryonale planeter i en kritisk periode i solsystemets tidlige historie kan muligvis forklare nogle tidligere uforklarlige egenskaber hos planeter, asteroider og meteoritter, ifølge forskere ved University of California, Santa Cruz, der beskrev deres fund i januar-nummeret af tidsskriftet Nature.
De fire ”terrestriske” eller stenede planeter (Jorden, Mars, Venus og Kvikksølv) er produkterne fra en indledende periode, der varer tit tit millioner af år, af voldelige kollisioner mellem planetariske kroppe i forskellige størrelser. Forskere har for det meste overvejet disse begivenheder med hensyn til optagelsen af nyt materiale og andre effekter på den påvirkede planet, mens der kun er blevet opmærksom lidt på påvirkeren. (Definitionen er påvirkningen den mindste af de to sammenstødende legemer.)
Men når planeter kolliderer, klæber de ikke altid sammen. Cirka halvdelen af tiden vil en planetstørrelse, der rammer en anden planetstørrelse krop, hoppe af, og disse hit-and-run-kollisioner har drastiske konsekvenser for impactoren, sagde Erik Asphaug, lektor i jordvidenskab ved UCSC og første forfatter af Naturpapiret.
”Du ender med planeter, der forlader forbrydelsens scene, der ser meget anderledes ud end da de kom ind - de kan miste deres atmosfære, skorpe, endda mantelen, eller de kan rives fra hinanden i en familie med mindre objekter,” sagde Asphaug .
Resterne af disse forstyrrede påvirkere kan findes i hele asteroidebæltet og blandt meteoritter, som er fragmenter af andre planetariske kroppe, der er landet på Jorden, sagde han. Selv planeten Merkur kan have været en slag-og-løb-slag, der havde meget af sine ydre lag fjernet, hvilket efterlod den med en relativt stor kerne og tynd skorpe og kappe, sagde Asphaug. Dette scenarie forbliver imidlertid spekulativt og kræver yderligere undersøgelse, sagde han.
Asphaug og postdoktorisk forsker Craig Agnor brugte magtfulde computere til at køre simuleringer af en række scenarier, fra græs møder til direkte hits mellem planeter i sammenlignelige størrelser. Medforfatter Quentin Williams, professor i jordvidenskab ved UCSC, analyserede resultaterne af disse simuleringer med hensyn til deres indvirkning på sammensætningen og den endelige tilstand af de resterende genstande.
Forskerne fandt, at selv tæt sammenkomster, hvor de to genstande ikke faktisk kolliderer, kan påvirke det mindre objekt alvorligt.
”Når to massive genstande passerer tæt på hinanden, fremkalder gravitationskræfter dramatiske fysiske ændringer - dekomprimering, smeltning, stripping af materiale væk og endda udslettelse af den mindre genstand,” sagde Williams. ”Du kan gøre en masse fysik og kemi på objekter i solsystemet uden selv at røre ved dem.”
En planet udøver enormt tryk på sig selv gennem selvtyngdekraften, men tyngdekraften fra en større genstand, der passerer tæt ved, kan få dette tryk til at falde brat. Virkningerne af denne depressurisering kan være eksplosive, sagde Williams.
”Det er som at afkøle verdens mest kulsyreholdige drikke,” sagde han. ”Hvad der sker, når en planet bliver dekomprimeret med 50 procent, er noget, vi ikke forstår så godt på dette tidspunkt, men det kan flytte kemi og fysik overalt, hvilket producerer en kompleksitet af materialer, der meget godt kan tage højde for heterogeniteten vi ser i meteoritter. ”
Dannelsen af de jordiske planeter menes at være begyndt med en fase af skånsom optagelse inden i en skive med gas og støv omkring solen. De embryonale planeter gabbede op meget af materialet omkring dem, indtil det indre solsystem var vært for omkring 100 måneformede til Mars-store planeter, sagde Asphaug. Tyngdagsinteraktioner med hinanden og med Jupiter kastede derefter disse protoplaneter ud af deres cirkulære kredsløb, idet de startede en æra med gigantiske påvirkninger, der sandsynligvis varede 30 til 50 millioner år, sagde han.
Forskere har brugt computere til at simulere dannelsen af de jordiske planeter fra hundreder af mindre kroppe, men de fleste af disse simuleringer har antaget, at når planeter kolliderer, klæber de Asphaug.
”Vi har altid vidst, at det er en tilnærmelse, men det er faktisk ikke let for planeter at smelte sammen,” sagde han. ”Vores beregninger viser, at de skal bevæge sig forholdsvis langsomt og ramme næsten head-on for at akkreditere.”
Det er let for en planet at tiltrække og hæve en meget mindre genstand end sig selv. I gigantiske påvirkninger mellem organer i planetstørrelse er imprægneren imidlertid sammenlignelig i størrelse med målet. Når det drejer sig om en slagstørrelse på Mars, der rammer et mål i jordstørrelsen, ville påvirkeren være en tiendedel af massen, men fuldt ud halvdelen af jordens diameter, sagde Asphaug.
”Forestil dig to planeter, der kolliderer, den ene halvdel så stor som den anden, i en typisk slagvinkel på 45 grader. Cirka halvdelen af den mindre planet krydser ikke virkelig den større planet, mens den anden halvdel stoppes død i dens spor, ”sagde Asphaug. ”Så der foregår enorm klipning, og så har du utroligt magtfulde tidevandsstyrker, der handler i tæt afstand. Kombinationen arbejder på at trække den mindre planet fra hinanden, selv når den forlader, så i de mest alvorlige tilfælde mister påvirkeren en stor del af sin kappe, for ikke at nævne dens atmosfære og skorpe. ”
Ifølge Agnor er hele problemet med planetdannelse meget komplekst, og det at kræve yderligere at studere den rolle, som hit-and-run fragmenteringskollisioner spiller. Ved at undersøge planetariske kollisioner fra impactor-perspektivet har UCSC-forskerne imidlertid identificeret fysiske mekanismer, der kan forklare mange forvirrende træk ved asteroider.
Hit-and-run-kollisioner kan producere en lang række forskellige asteroider, sagde Williams. ”Nogle asteroider ligner små planeter, ikke meget forstyrrede, og i den anden ende af spektret er der dem, der ligner jernrige hundeben i rummet,” sagde han. ”Dette er en mekanisme, der kan fjerne forskellige mængder af det stenede materiale, der komponerer skorpen og kappen. Det, der er tilbage, kan variere fra bare den jernrige kerne gennem en hel pakke blandinger med forskellige mængder silikater. ”
Et af puslespilene i asteroidebæltet er beviset for udbredt global smeltning af asteroider. Effektopvarmning er ineffektiv, fordi den afsætter varme lokalt. Det er ikke klart, hvad der kan gøre en asteroide til en stor smeltet klods, men depressurisering i en hit-and-run kollision kan gøre det trick, sagde Asphaug.
”Hvis trykket falder med en faktor på to, kan du gå fra noget, der blot er varmt til noget smeltet,” sagde han.
Depressurisering kan også koges af vand og frigive gasser, hvilket ville forklare, hvorfor mange differentierede meteoritter har en tendens til at være fri for vand og andre flygtige stoffer. Disse og andre processer involveret i hit-and-run-kollisioner bør studeres mere detaljeret, sagde Asphaug.
”Det er en ny mekanisme til planetarisk evolution og dannelse af asteroider, og det antyder en masse interessante scenarier, der berettiger yderligere undersøgelse,” sagde han.
Original kilde: NASA Astrobiology
