Det tidiga solsystemet var en kaotisk plats, med bevis som tyder på att Mars troligen träffades av planetesimaler, små protoplaneter upp till 1, 200 miles i diameter, tidigt i dess historia. Forskare från Southwest Research Institute modellerade blandningen av material i samband med dessa effekter, avslöjar att den röda planeten kan ha bildats över en längre tidsskala än man tidigare trott.

En viktig öppen fråga inom planetvetenskap är att fastställa hur Mars bildades och i vilken utsträckning dess tidiga utveckling påverkades av kollisioner. Denna fråga är svår att besvara med tanke på att miljarder år av historia stadigt har raderat bevis på tidiga nedslagshändelser. Lyckligtvis, en del av denna utveckling registreras i marsmeteoriter. Av cirka 61, 000 meteoriter hittade på jorden, bara 200 eller så tros vara av Mars ursprung, kastas ut från den röda planeten av nyare kollisioner.

Dessa meteoriter uppvisar stora variationer i järnälskande element som volfram och platina, som har måttlig till hög affinitet för järn. Dessa element tenderar att migrera från en planets mantel och in i dess centrala järnkärna under bildning. Bevis på dessa element i Mars mantel som provtas av meteoriter är viktiga eftersom de indikerar att Mars bombarderades av planetesimaler någon gång efter att dess primära kärnbildning upphörde. Att studera isotoper av särskilda element som produceras lokalt i manteln via radioaktiva sönderfallsprocesser hjälper forskare att förstå när planetbildningen var fullständig.

"Vi visste att Mars fick element som platina och guld från början, stora kollisioner. För att undersöka denna process, vi utförde hydrodynamiska effektsimuleringar med utjämnade partiklar, " sa SwRI:s Dr Simone Marchi, huvudförfattare till en Vetenskapens framsteg papper som beskriver dessa resultat. "Baserat på vår modell, tidiga kollisioner ger en heterogen, marmorkakaliknande marsmantel. Dessa resultat tyder på att den rådande synen på Mars-bildningen kan vara partisk av det begränsade antalet meteoriter som är tillgängliga för studier."

Baserat på förhållandet mellan volframisotoper i marsmeteoriter, det har hävdats att Mars växte snabbt inom cirka 2-4 miljoner år efter att solsystemet började bildas. Dock, stor, tidiga kollisioner kunde ha förändrat volfram isotopbalansen, som skulle kunna stödja en tidsskala för Mars-bildning på upp till 20 miljoner år, som visas av den nya modellen.

"Kollisioner av projektiler som är tillräckligt stora för att ha sina egna kärnor och mantlar kan resultera i en heterogen blandning av dessa material i den tidiga marsmanteln, " sa medförfattaren Dr Robin Canup, assisterande vice vd för SwRI:s Space Science and Engineering Division. "Detta kan leda till andra tolkningar av tidpunkten för Mars bildande än de som antar att alla projektiler är små och homogena."

Marsmeteoriterna som landade på jorden härstammar troligen från bara några få platser runt planeten. Den nya forskningen visar att marsmanteln kunde ha fått olika tillsatser av projektilmaterial, leder till varierande koncentrationer av järnälskande element. Nästa generation av Mars-uppdrag, inklusive planer på att returnera prover till jorden, kommer att ge ny information för att bättre förstå variationen hos järnälskande element i Mars stenar och den tidiga utvecklingen av den röda planeten.

"För att helt förstå Mars, vi måste förstå vilken roll de tidigaste och mest energiska kollisioner spelade i dess utveckling och sammansättning, avslutade Marchi.

Pappret, "En sammansatt heterogen marsmantel på grund av sen ackretion, " kommer att publiceras i Science Advances den 12 februari, 2020.