Månen og dens mørke pletter. Billedkredit: NASA. Klik for at forstørre.
Mennesker i hver kultur er fascineret af de mørke "pletter" på Månen, der ser ud til at sammensætte figuren af en kanin, frøer eller en klovnes ansigt. Med Apollo-missionerne fandt forskere, at disse funktioner faktisk er enorme påvirkningsbassiner, der blev oversvømmet med nu-størknet lava. En overraskelse var, at disse bassiner dannedes relativt sent i historien om det tidlige solsystem - cirka 700 millioner år efter dannelsen af Jorden og Månen. Mange videnskabsmænd mener nu, at disse månens påvirkningsbassiner vidner om en enorm stigning i planetariets bombardationshastighed - kaldet det sene tunge bombardement (LHB). Årsagen til en så intens bombardering betragtes imidlertid af mange som et af de bedst bevarede mysterier i solsystemets historie.
I en serie af tre artikler, der er offentliggjort i denne uges nummer af tidsskriftet Nature, et internationalt team af planetariske forskere, Rodney Gomes (National Observatory of Brazil), Harold Levison (Southwest Research Institute, USA), Alessandro Morbidelli (Observatoire de la C ? te d'Azur, Frankrig) og Kleomenis Tsiganis (OCA og Thessaloniki-universitetet, Grækenland) - samlet af et besøgendeprogram, der var vært på Observatoire de la C? te d'Azur i Nice - foreslog en model, som ikke kun naturligt løser mysteriet med oprindelsen af LHB, men forklarer også mange af de observerede egenskaber ved det ydre planetariske system.
Denne nye model forestiller sig, at de fire gigantiske planeter, Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune, dannet i en meget kompakt orbitalkonfiguration, der var omgivet af en disk med små genstande lavet af is og klippe (kendt som ”planetesimals”). Numeriske simuleringer fra Nice-teamet viser, at nogle af disse planetesimler langsomt lækkede ud af disken på grund af tyngdekraften af planeterne. Planeterne spredte disse mindre objekter gennem hele solsystemet, undertiden udad og nogle gange indad.
”Som Isaac Newton lærte os, for hver handling er der en lige og modsat reaktion,” siger Tsiganis. ”Hvis en planet kaster en planetesimal ud af solsystemet, bevæger planeten sig mod Solen, bare en lille smule, i kompensation. Hvis planen på den anden side spreder planetesimalt indad, springer planeten lidt længere væk fra solen. ”
Numeriske simuleringer viser, at Jupiter i gennemsnit bevægede sig indad, mens de andre gigantiske planeter bevægede sig udad.
Oprindeligt var dette en meget langsom proces, der tog millioner af år for planeterne at flytte en lille mængde. Efter denne nye model ændrede situationen sig pludselig efter 700 millioner år. På det tidspunkt vandrede Saturn gennem det punkt, hvor dens omløbsperiode var nøjagtigt dobbelt så stor som Jupiters. Denne specielle orbitalkonfiguration fik Jupiters og Saturns baner pludselig til at blive mere elliptiske.
”Dette fik banerne til Uranus og Neptune til at gå nødder,” siger Gomes. ”Deres baner blev meget excentriske, og de begyndte at tyngdepunktet fra hinanden - og Saturn også.”
Nice-teamet hævder, at denne udvikling af Uranus 'og Neptuns bane forårsagede LHB på Månen. Deres computersimuleringer viser, at disse planeter meget hurtigt trænger igennem den planetesimale disk, idet de spredte genstande over hele planetsystemet. Mange af disse objekter kom ind i det indre solsystem, hvor de peprede Jorden og Månen med stød. Derudover destabiliserede hele processen bane af asteroider, som derefter også ville have bidraget til LHB. Endelig fik tyngdepunktet af den planetesimale disk Uranus og Neptun til at udvikle sig til deres nuværende kredsløb.
”Det er meget overbevisende,” siger Levison. ”Vi har lavet flere dusin simuleringer af denne proces, og statistisk set endte planeterne på bane meget ligner dem, vi ser, med de rigtige adskillelser, excentriciteter og tilbøjeligheder. Så ud over LHB kan vi også forklare bane for gigantplaneterne. Ingen anden model har nogensinde opnået nogen af tingene før. ”
Der var dog endnu en hindring at overvinde. Solsystemet indeholder i øjeblikket en befolkning af asteroider, der i det væsentlige følger den samme bane som Jupiter, men fører eller fører denne planet i en vinkelafstand på cirka 60 grader. Computersimuleringer viser, at disse kroppe, kendt som "trojanske asteroider", ville være gået tabt, efterhånden som gigantplaneternes kredsløb ændrede sig.
"Vi sad i flere måneder og bekymrede os om dette problem, som syntes at ugyldige vores model," siger Morbidelli, "indtil vi indså, at hvis en fugl kan flygte fra et åbent bur, kan en anden komme og reden i det."
Nice-teamet fandt ud af, at nogle af de helt objekter, der kørte for den planetariske udvikling, og som forårsagede LHB, også ville være blevet fanget i trojanske asteroidebaner. I simuleringerne viste det sig, at de fangede trojanere reproducerede orbitalfordelingen af de observerede trojanere, som hidtil var uforklarlige. Den samlede forudsagte masse af de fangede genstande var også i overensstemmelse med den observerede population.
Samlet set forklarer Nice-holdets nye model naturligvis banerne på gigantplaneterne, trojanske asteroiderne og LHB til en hidtil uset nøjagtighed. ”Vores model forklarer så mange ting, at vi mener, at det grundlæggende skal være korrekt,” siger Mordibelli. "Strukturen i det ydre solsystem viser, at planeterne sandsynligvis gik gennem en rysten godt efter planetholdelsesprocessen var afsluttet."
Original kilde: SWRI News Release
