Ny forskning har avslöjat att en gigantisk påverkan på Mars för mer än fyra miljarder år sedan skulle förklara den ovanliga mängden "järnälskande" element på den röda planeten.

Planeter bildas när små dammkorn klibbar ihop och agglomererar med andra korn, som leder till större kroppar som kallas "planetesimaler". Dessa planetesimaler fortsätter att kollidera med varandra och stöts antingen ut från solsystemet, uppslukade av solen, eller bilda en planet. Detta är inte slutet på historien, som planeter fortsätter att ackumulera material väl efter att de har bildats. Denna process är känd som sen accretion, och det uppstår när överblivna fragment av planetbildning regnar ner på de unga planeterna.

Planetforskaren Ramon Brasser från Tokyo Institute of Technology och geologen Stephen Mojzsis från University of Colorado, Boulder tittade närmare på ett kolossalt nedslag under Mars sena ackretion som kunde förklara den ovanliga mängden sällsynta metalliska element i Mars mantel, vilket är lagret under planetens skorpa. Deras nyligen publicerade tidning, "Ett kolossalt slag berikade Mars mantel med ädla metaller, " dök upp i journalen Geofysiska forskningsbrev .

När protoplaneter samlar ihop tillräckligt med material, metaller som järn och nickel börjar separera och sjunka för att bilda kärnan. Detta förklarar varför jordens kärna huvudsakligen består av järn, och det förväntas att element som lätt binder till järn också huvudsakligen bör finnas i kärnan. Exempel på sådana "järnälskande" element, känd som siderofiler, är guld, platina och iridium, för att nämna några. Precis som Mars, dock, det finns fler siderofiler i jordens mantel än vad som kan förväntas av kärnbildningsprocessen.

"Högtrycksexperiment indikerar att dessa metaller inte borde finnas i manteln. Dessa metaller gillar inte att lösas i silikat och istället föredrar de att sjunka genom manteln in i jordens kärna, " Brasser säger till Astrobiology Magazine. "Det faktum att vi överhuvudtaget har dem betyder att de måste ha kommit efter att kärnan och manteln separerats, när det blev mycket svårare för dessa metaller att nå kärnan."

En uppsats från 2016 av Brasser och kollegor visade definitivt att en gigantisk påverkan är den bästa förklaringen till jordens höga överflöd av siderofila element.

Mängden siderofiler som ackumuleras under sen ackretion bör vara proportionell mot planetens "gravitationstvärsnitt". Detta tvärsnitt är effektivt de hårstrån som en slagkropp "ser" när den närmar sig en målplanet. Gravitationstvärsnittet sträcker sig bortom planeten själv, eftersom världens gravitation kommer att rikta ett föremål mot det även när föremålet inte var på direkt kollisionskurs. Denna process kallas gravitationsfokusering.

Den tidigare uppsatsen visade att jorden har fler siderofiler i manteln än den borde, även enligt gravitationstvärsnittsteorin. Forskarna förklarade detta genom att visa att en påverkan av en kropp i månstorlek på jorden (utöver händelsen som bildade månen) skulle ha berikat manteln med tillräckligt med siderofiler för att förklara det aktuella värdet.

En tidig jätteeffekt

Analyser av meteoriter från Mars visar att Mars ansamlade ytterligare 0,8 viktprocent (viktprocent, eller viktprocent) av materialet via sen ackretion. I det nya papperet, Brasser och Mojzsis visar att för att Mars skulle ha ändrat sin massa med cirka 0,8 viktprocent i en enda kollision krävdes en kropp minst 1, 200 kilometer i diameter.

De hävdar vidare att en sådan påverkan borde ha inträffat någon gång mellan 4,5 och 4,4 miljarder år sedan. Studier av zirkonkristaller i forntida marsmeteoriter kan användas för att datera bildandet av Marsskorpan till före 4,4 miljarder år sedan. Som sådan, en jättepåverkan borde ha orsakat utbredd skorpsmältning och en sådan katastrofal händelse måste ha inträffat innan bevisen för den äldsta skorpan. Om nedslaget inträffade så tidigt i planetens historia som för 4,5 miljarder år sedan, då borde siderofilerna ha tagits bort under kärnbildningen. Den här historiken ger fasta begränsningar för bokstödet för när påverkan inträffade.

Att förstå sen accretion är inte bara viktigt för att förklara överflödet av siderofila, men också för att sätta en övre gräns för åldern på jordens biosfär.

"Under varje påverkan, en liten bit av jordskorpan smälts lokalt, " säger Brasser. "När växten är mycket intensiv, nästan hela jordskorpan är smält. När ansamlingsintensiteten minskar, mängden skorpsmältning minskar också. Vi hävdar att den tidigaste gången du kan bilda en biosfär är när ansamlingen är tillräckligt låg så att mindre än 50 procent av skorpan smälts vid varje given tidpunkt."

Mars yta har också en ovanlig dikotomi, vilket skulle kunna förklaras av en gigantisk påverkan. Det södra halvklotet existerar som en gammal kraterad terräng, och det norra halvklotet verkar yngre och jämnare och påverkades av omfattande vulkanism. Ett gigantiskt slag kan också ha skapat månarna på mars, Deimos och Phobos, även om en alternativ teori är att den mycket porösa Phobos kan vara en fångad asteroid.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av NASAs Astrobiology Magazine. Utforska jorden och bortom på www.astrobio.net.