Mars er en lille planet. For forskere, der laver modeller af solsystem, er planeten faktisk også lille. "Alle, der laver simuleringer af, hvordan du danner jordplaneter, ender altid med en Mars, der er 5-10 gange større, end den er i det virkelige liv." Minton har arbejdet sammen med kollega Dr. Hal Levison for at skabe nye simuleringer, der forklarer Mars 'lille størrelse ved at inkludere effekten af det, der er kendt som planetesimal-drevet migration, og derudover kunne små objekter, som Minton kalder "Marstinis", røre eller ryste op vores ideer om det tidlige solsystem og den lette tunge bombardement.
Planetforskere er enige om, at de jordiske planeter dannede sig meget hurtigt inden for de første 50-100 millioner år af solsystemets historie, og vores måne dannede sig fra en påvirkning mellem en Mars-størrelse genstand og proto-Jorden på et tidspunkt i løbet af denne tid. Meget senere blev det late tunge bombardement, den periode, hvor et stort antal slagkratere dannede sig på Månen inden for en tidsperiode på kun halvfjerds millioner år - og ved indledning blev Jorden, Merkur, Venus og Mars sandsynligvis også pummelet.
De fleste planetariske dannelsesteorier kan ikke redegøre for denne intense periode med bombardement så sent i solsystemets historie, men Levison var en del af et hold, der i 2005 foreslog Nice-modellen, der antydede, hvordan den lette tunge bombardement blev udløst, da de gigantiske planeter - som dannede sig i en mere kompakt konfiguration - vandrede hurtigt væk fra hinanden (og deres orbitaladskillelser blev alle øget), og en disk med små "planetesimals", der lå uden for planeternes baner, blev destabiliseret, hvilket medførte en pludselig massiv levering af disse planetesimaler - asteroider og kometer - til det indre solsystem.
Men ifølge modellen forårsagede planetesimaler sandsynligvis også migrationen af planeterne. Planeterne dannet fra en kæmpe disk med gas, støv, klippeaffald og is, der omkranser den tidlige sol. Rester samles sammen for at danne større objekter i planetstørrelse, og simuleringer viser, at større planetstørrelse-objekter, der er indlejret i en disk med mindre objekter, vil migrere som et resultat af vinkelmoment og energibesparelse, når planeterne spreder planetimerne, de støder på.
”Forstyrrelser fra små stenede eller iskolde genstande, der omgiver et større objekt, kan få den større genstand til at” scoote ”langs disken,” fortalte Minton til Space Magazine. ”Hver gang disse små planetesimaler støder på det større objekt, forårsager de faktisk en smule skub i placeringen af det større objekt. Det viser sig, hvis du regner ud matematikken, hvis der er nogen form for svag ubalance i antallet af genstande, der støder på den solrige side mod den, der møder på den mod sollys, kan du faktisk forårsage en netto bevægelse af den store krop, og det sker faktisk ret hurtigt. ”
Minton og Levison har anvendt den samme fysik af planetesimaldrevet migration til dannelsen af de jordiske planeter.
"I tilfælde af Mars, forestil dig disse planetariske embryoner beliggende i Jorden-Venus-zonen," sagde Minton. ”Så har du et lille embryo, der vokser til at blive Mars-størrelse, og det ville begynde at migrere på grund af planetesimal-drevet migration, og det skyder væk fra de andre fyre. Så den har forladt pakken, og når den bevæger sig gennem disken, bliver den strandet væk fra, hvor al handlingen foregår. ”
Så Mars 'vækst blev stoppet ved sin nuværende størrelse, fordi den vandrede væk fra planetbygningsmaterialerne.
Minton sagde, at deres simuleringer af dette fungerer rigtig godt.
”Vi har gjort en masse matematik, og migrationen er temmelig hurtig,” sagde han, ”og Mars kunne migrere gennem disken, inden nogen anden Mars-størrelse planet kunne dannes. I et tidligt solsystem, hvor du har en Mars strandet af ved kanten af disken kl. 1.5 AU, hvilket er, hvor det er lige nu, og al den anden handling, der foregår i Jorden-Venus-zonen, var Jorden og Venus i stand til vokse til den størrelse, de er nu, hvor de begge har nogenlunde samme størrelse og masse, og Mars er strandet alene. ”
Og med Mars er der en drejning af Marstinis, der kunne tilbyde en alternativ forklaring på det sene tunge bombardement.
Den migrerende Mars kunne have taget planetesimaler i sin resonans, hvor to eller flere kredsende kropper udøver en tyngdekraftpåvirkning på hinanden.
”Det er slet ikke indlysende, hvorfor det er,” sagde Minton, ”men det samme menes at have sket i det ydre solsystem, som er det, der gav Pluto sin bane. Vi tror, at Pluto faktisk blev hentet i 3: 2-resonansen med Neptun, da Neptune migrerede ud, og det er derfor, Pluto og de andre "Plutinos" lever i disse resonanser med Neptune. ”
Plutinos er andre Kuiper Belt-objekter i nærheden af Pluto. Denne resonans betyder, at Pluto og Plutinos går rundt i solen tre gange for hver 2 gang Neptune gør. Der er også to-tinos, som er fanget i en 1: 2-resonans med Neptune - og som findes mod yderkanten af Kuiper-bæltet. De nye simuleringer viser, at disse resonanslinjer er næsten som en sneplov, og da Neptune vandrede ud, plukkede det op alle disse små iskroppe, Pluto og Plutinos.
Dette kunne også have sket med Mars, og da Mars vandrede gennem disken, ville det også have plukket lidt objekter op.
”Jeg har besluttet at kalde disse Marstinis for at beholde Plutino og Two-tino,” sagde Minton med et grin. ”Jeg ved ikke, om det klæber eller ikke.”
Men det interessante ved Marstinierne, sagde Minton, er, at en 3: 2-resonans med Mars faktisk er en meget ustabil zone.
”Der er faktisk en resonans der med Saturn, der kun eksisterede i den tid, den sene kraftige bombardement havde,” sagde han, ”så før det var Saturn - vi tror - i en anden position, så denne særlige resonans var i en anden position . Så det var først efter, at gigantplaneterne vandrede til deres nuværende placering, at denne resonansplacering blev ustabil. Så vi tror, at disse Marstinis ville have været stabile og i den mellemliggende periode mellem slutningen af planetdannelsen og det sene tunge bombardement, pludselig blev denne region ustabil, da planeterne skiftede positioner til deres nuværende placering. ”
Så kunne marstinierne være ansvarlige for den sene tunge bombardement?
"Disse Marstinier blev skubbet ud fra planeten, der dannede regioner ud til asteroide bæltet," sagde Minton, "så pludselig vandrede planeterne, og hele denne region blev ustabil, og så kunne de alle have gået ud i det indre solsystem og ender med at ramme Månen. ”
Der er et par andre argumenter, også hvor marstinierne passer til profilen for det, der ramte månen under det sene tunge bombardement.
”Vi har grunde til at tro, at de genstande, der ramte Månen under den lette tunge bombardement, var på samme måde som asteroider, men ikke ligesom de asteroider, vi har nu,” sagde Minton. "Så der er nogle kemiske argumenter, du kan fremsætte, også kan du fremsætte nogle argumenter fra påvirkningssandsynlighederne, der måske ikke har været tilstrækkelig masse i asteroidebæltet til at levere alle de asteroider og påvirkninger, vi ser på Månen."
Men der er andre fremragende problemer, såsom hvor længe den sene tunge bombardement varede, da den startede, var kometer nogensinde vigtige i Månens bombardementshistorie eller var det hele asteroider? Minton sagde, at yderligere udforskning af Månen ville besvare mange af disse spørgsmål.
”Dette er alle ting, som vi virkelig har brug for at gå til Månen for at finde ud af, og der er næsten ingen andre steder, man kan gå for at gøre det. Det er virkelig et af de bedste steder at gå for at forstå hele solsystemets historie.
Minton vil præsentere sine fund på den kommende Lunar and Planetetary Science-konference i marts 2011.
Du kan lytte til et interview, som jeg gjorde med Minton om planetesimal-drevet migration til NASA Lunar Science Institute-podcast (også tilgængelig på 365 Days of Astronomy.)
