• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Superdator avslöjar atmosfäriska effekter av gigantiska planetariska kollisioner

    Stillbildstvärsnitt som visar påverkan (infälld) och efterdyningarna (huvudbild) av en 3D-simulering av en gigantisk planetarisk påverkan med 100 miljoner partiklar, färgade av sin inre energi, liknande deras temperatur. Kredit:Dr Jacob Kegerreis, Durham University

    De gigantiska effekterna som dominerar sena stadier av planetbildningen har en lång rad konsekvenser för unga planeter och deras atmosfärer, enligt ny forskning.

    Forskning som leds av Durham University och involverar University of Glasgow, både Storbritannien, har utvecklat ett sätt att avslöja omfattningen av atmosfärens förlust under planetkollisioner baserat på 3-D superdatorsimuleringar.

    Simuleringarna visar hur jordliknande planeter med tunna atmosfärer kan ha utvecklats i ett tidigt solsystem beroende på hur de påverkas av andra objekt.

    Med hjälp av COSMA superdator, en del av DiRAC High-Performance Computing-anläggningen i Durham, finansierat av Science and Technology Facilities Council (STFC), forskarna körde mer än 100 detaljerade simuleringar av olika jätteeffekter på jordliknande planeter, ändra hastigheten och vinkeln på islaget vid varje tillfälle.

    De fann att betespåverkan - som den som troddes ha bildat vår måne - ledde till mycket mindre atmosfärisk förlust än en direkt träff.

    Head-on-kollisioner och högre hastigheter ledde till mycket större erosion, ibland utplånar atmosfären helt tillsammans med en del av manteln, lagret som sitter under en planets skorpa.

    Fynden ger större insikt i vad som händer under dessa gigantiska effekter, som forskarna vet är vanliga och viktiga händelser i planeternas utveckling både i vårt solsystem och utanför.

    Tvärsnittsanimering av de tidiga stadierna av 3D-simuleringar av frontal/snabb jättepåverkan med hjälp av 100 miljoner partiklar, färgade av sitt material eller sin inre energi, liknande deras temperatur. Kredit:Dr Jacob Kegerreis, Durham University

    Resultaten publiceras i Astrofysisk tidskrift .

    Vår måne tros ha bildats för cirka 4,5 miljarder år sedan efter en kollision mellan den tidiga jorden och en gigantisk stötkropp som möjligen är lika stor som Mars.

    Det var inte känt hur mycket av jordens tidiga atmosfär som kunde ha överlevt i denna våldsamma nedslagshändelse, eller hur detta skulle förändras för olika kollisionsscenarier.

    I jordens fall, planeten hade relativt tur med denna kollision – bara förlorade mellan tio och 50 procent av sin atmosfär beroende på det exakta scenariot.

    Huvudförfattare Dr Jacob Kegerreis, vars forskning delfinansierades av ett doktorandstipendium från STFC, vid Institutet för beräkningskosmologi, vid Durham University, sa:"Vi vet att planetkollisioner kan ha en dramatisk effekt på en planets atmosfär, men det här är första gången vi har kunnat studera de stora variationerna av dessa våldsamma händelser i detalj.

    "Trots de anmärkningsvärt olika konsekvenser som kan komma från olika islagsvinklar och hastigheter, vi har hittat ett enkelt sätt att förutsäga hur mycket atmosfär som skulle gå förlorad.

    Tvärsnittsanimationer av de tidiga stadierna av 3D-simuleringar av en betande/långsam jättepåverkan med 100 miljoner partiklar, färgade av sitt material eller sin inre energi, liknande deras temperatur. Kredit:Dr Jacob Kegerreis, Durham University

    "Detta lägger grunden för att kunna förutsäga den atmosfäriska erosionen från alla gigantiska effekter, som skulle matas in i modeller för planetbildning som helhet. Detta kommer i sin tur att hjälpa oss att förstå både jordens historia som en beboelig planet och utvecklingen av exoplaneter runt andra stjärnor."

    Forskarna genomför nu hundratals fler simuleringar för att testa effekterna som de olika massorna och sammansättningarna av kolliderande föremål kan ha.

    Medförfattare Dr Vincent Eke, vid Institutet för beräkningskosmologi, Durham University, sa:"För tillfället verkar det som att mängden atmosfär en planet förlorar på grund av dessa kollisioner beror på hur lyckligt lottade eller otur de har när det gäller typen av påverkan de drabbas av."

    Medförfattare Dr Luis Teodoro, vid University of Glasgow, sa:"Vår forskning visar hur olika effekter kan skjuta ut var som helst från väldigt lite till hela atmosfären genom en mängd olika mekanismer."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com