• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Jorden och Venus växte upp som stormande planeter

    Konstnärs illustration av två massiva föremål som kolliderar. Kredit:NASA/JPL-Caltech

    Det som inte fastnar kommer runt:Med hjälp av maskininlärning och simuleringar av gigantiska effekter, forskare vid Lunar and Planetary Laboratory fann att planeterna som bor i de inre solsystemen troligen föddes från upprepade kollisioner med hit-and-run, utmanande konventionella modeller av planetbildning.

    Planetbildning - den process genom vilken snygg, runda, distinkta planeter bildas från en rullande, virvlande moln av robusta asteroider och miniplaneter – var förmodligen ännu stökigare och mer komplicerat än de flesta forskare skulle vilja erkänna, enligt ny forskning ledd av forskare vid University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory.

    Fynden utmanar den konventionella uppfattningen, där kollisioner mellan mindre byggstenar får dem att hålla ihop och, över tid, upprepade kollisioner skapar nytt material till den växande babyplaneten.

    Istället, författarna föreslår och visar bevis för ett nytt "hit-and-run-return"-scenario, där förplanetära kroppar tillbringade en stor del av sin resa genom det inre solsystemet och kraschade in i och rikoschetterade från varandra, innan de stöter på varandra igen vid ett senare tillfälle. Efter att ha bromsats av sin första kollision, de skulle vara mer benägna att hålla ihop nästa gång. Tänk dig ett spel biljard, med bollarna kommer att vila, i motsats till att kasta en snögubbe med snöbollar, och du förstår idén.

    Forskningen publiceras i två rapporter som visas i numret den 23 september av The Planetary Science Journal , med en med fokus på Venus och jorden, och den andra på jordens måne. Centralt för båda publikationerna, enligt författargruppen, som leddes av planetvetenskap och LPL-professor Erik Asphaug, är den i stort sett okända punkten att jätteeffekter inte är de effektiva sammanslagningar som forskare trodde att de var.

    "Vi finner att de flesta gigantiska effekter, även relativt "långsamma" sådana, är hit-and-runs. Detta betyder att för att två planeter ska smälta samman, Du måste vanligtvis först bromsa dem i en påkörning-och-kör-kollision, " sa Asphaug. "Att tänka på gigantiska effekter, till exempel bildningen av månen, som en enskild händelse är förmodligen fel. Mer sannolikt tog det två kollisioner i rad."

    En implikation är att Venus och jorden skulle ha haft väldigt olika erfarenheter av sin tillväxt som planeter, trots att de är omedelbara grannar i det inre solsystemet. I det här pappret, ledd av Alexandre Emsenhuber, som gjorde detta arbete under en postdoktorsstipendium i Asphaugs labb och är nu vid Ludwig Maximilian University i München, den unga jorden skulle ha tjänat till att bromsa samman sammanfallande planetkroppar, vilket gör dem till slut mer benägna att kollidera med och hålla sig till Venus.

    "Vi tror att under bildandet av solsystemet, den tidiga jorden agerade som en avantgarde för Venus, " sa Emsenhuber.

    De jordiska planeterna i det inre solsystemet, visas i skala. Enligt teorin om "tillväxt i sent stadium", Mars och Merkurius (fram till vänster och höger) är det som finns kvar av en ursprunglig population av krockande embryon, och Venus och jorden växte i en serie gigantiska nedslag. Ny forskning fokuserar på den övervägande delen av kollisioner i gigantiska kollisioner, och visar att protojorden skulle ha tjänat som ett "avantgarde", sakta ner planetstora kroppar i påkörning. Men det är proto-Venus, oftare än sällan, som i slutändan skapar dem, vilket betyder att det var lättare för Venus att förvärva kroppar från det yttre solsystemet. Kredit:Lsmpascal - Wikimedia commons

    Solsystemet är vad forskare kallar en gravitationsbrunn, konceptet bakom en populär attraktion på vetenskapsutställningar. Besökare kastar ett mynt i en trattformad gravitationsbrunn, och se sedan deras kontanter göra flera omlopp innan de faller ner i mitthålet. Ju närmare en planet är solen, ju starkare gravitationen upplevs av planeter. Det är därför de inre planeterna i solsystemet som dessa studier var fokuserade på - Merkurius, Venus, Jorden och Mars – kretsar runt solen snabbare än, säga, Jupiter, Saturnus och Neptunus. Som ett resultat, ju närmare ett objekt vågar sig solen, desto mer sannolikt är det att stanna där.

    Så när en sammanflätad planet träffade jorden, det var mindre sannolikt att hålla sig till jorden, och istället mer sannolikt att hamna på Venus, Asphaug förklarade.

    "Jorden fungerar som en sköld, ger ett första stopp mot dessa påverkande planeter, sade han. Mer troligt än inte, en planet som studsar bort från jorden kommer att träffa Venus och smälta samman med den."

    Emsenhuber använder analogin med en boll som studsar nerför en trappa för att illustrera idén om vad som driver avantgardeeffekten:En kropp som kommer in från det yttre solsystemet är som en boll som studsar nerför en uppsättning trappor, där varje studs representerar en kollision med en annan kropp.

    "Längs vägen, bollen tappar energi, och du kommer att upptäcka att den alltid kommer att studsa nere, aldrig på övervåningen, " sade han. "På grund av det, kroppen kan inte lämna det inre solsystemet längre. Du går vanligtvis bara ner, mot Venus, och en stötkropp som kolliderar med Venus är ganska nöjd med att vistas i det inre solsystemet, så någon gång kommer den att träffa Venus igen."

    Jorden har inget sådant avantgarde för att bromsa sina sammanflätade planeter. Detta leder till en skillnad mellan de två planeter av liknande storlek som konventionella teorier inte kan förklara, hävdar författarna.

    "Den rådande idén har varit att det inte spelar någon roll om planeter kolliderar och inte smälter samman direkt, eftersom de kommer att stöta på varandra igen någon gång och sedan smälta samman, " Sa Emsenhuber. "Men det är inte vad vi finner. Vi upptäcker att de oftare blir en del av Venus, istället för att återvända till jorden. Det är lättare att gå från jorden till Venus än tvärtom."

    För att spåra alla dessa planetbanor och kollisioner, och slutligen deras sammanslagningar, teamet använde maskininlärning för att få prediktiva modeller från 3D-simuleringar av gigantiska effekter. Teamet använde sedan dessa data för att snabbt beräkna orbitalutvecklingen, inklusive påkörning och sammanslagna kollisioner, att simulera jordisk planetbildning under loppet av 100 miljoner år. I den andra tidningen, författarna föreslår och demonstrerar sitt hit-and-run-retur-scenario för månens bildning, erkänner de primära problemen med standardmodellen för jätteeffekter.

    Månen tros vara efterdyningarna av ett gigantiskt nedslag. Enligt en ny teori, det var två gigantiska nedslag i rad, åtskilda med cirka 1 miljon år, som involverar en Mars-stor "Theia" och proto-jord. På den här bilden, den föreslagna träff-och-kör-kollisionen simuleras i 3D, visas ungefär en timme efter nedslaget. En genomskuren vy visar järnkärnorna. Theia (eller det mesta) kommer knappt undan, så en följdkollision är trolig. Kredit:A. Emsenhuber/University of Bern/University of München

    "Standardmodellen för månen kräver en mycket långsam kollision, relativt sett, Asphaug sa, "och det skapar en måne som mestadels består av den påverkande planeten, inte proto-jorden, vilket är ett stort problem eftersom månen har en isotopkemi nästan identisk med jorden."

    I lagets nya scenario, en protoplanet i ungefär Marsstorlek träffar jorden, som i standardmodellen, men är lite snabbare så det fortsätter. Den återkommer om cirka 1 miljon år för en gigantisk effekt som ser mycket ut som standardmodellen.

    "Den dubbla effekten blandar ihop saker mycket mer än en enda händelse, Asphaug sa, "som kan förklara den isotopiska likheten mellan jorden och månen, och även hur den andra, långsam, sammanslagningskollision skulle ha inträffat i första hand."

    Forskarna tror att den resulterande asymmetrin i hur planeterna sattes samman visar vägen till framtida studier som tar upp mångfalden av jordlevande planeter. Till exempel, vi förstår inte hur jorden fick ett magnetfält som är mycket starkare än Venus, eller varför Venus inte har någon måne.

    Deras forskning visar på systematiska skillnader i dynamik och sammansättning, enligt Asphaug.

    "Enligt vår uppfattning, Jorden skulle ha samlat på sig det mesta av sitt material från kollisioner som var frontalträffar, eller annars långsammare än de som Venus upplever, " sade han. "Kollisioner in i jorden som var mer sneda och högre hastighet skulle helst ha hamnat på Venus."

    Detta skulle skapa en partiskhet där, till exempel, protoplaneter från det yttre solsystemet, med högre hastighet, skulle företrädesvis ha ackrediterats till Venus istället för jorden. Kortfattat, Venus kunde vara sammansatt av material som var svårare för jorden att få tag på.

    "Man skulle kunna tro att jorden består mer av material från det yttre systemet eftersom det är närmare det yttre solsystemet än Venus. Men faktiskt, med jorden i denna avantgarde roll, det gör det faktiskt mer sannolikt för Venus att ansamla material från det yttre solsystemet, sa Asphaug.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com