Mars je majhen planet. Pravzaprav je za znanstvenike, ki se ukvarjajo z modeliranjem sončnega sistema, planettudimajhna. 'To je izjemen problem pri nastajanju zemeljskih planetov,' je dejal dr. David Minton iz Southwest Research Institute. 'Vsak, ki izvaja simulacije, kako oblikujete zemeljske planete, vedno konča z Marsom, ki je 5-10-krat večji, kot je v resničnem življenju.' Minton sodeluje s kolegom dr. Halom Levisonom pri ustvarjanju novih simulacij, ki pojasnjujejo majhnost Marsa z vključitvijo učinka tako imenovane planetezimalne migracije, poleg tega pa bi se lahko majhni predmeti, ki jih Minton imenuje 'Marstini', pretresli ali pretresli. razširili naše ideje o zgodnjem sončnem sistemu in poznem težkem bombardiranju.
Planetarni znanstveniki se strinjajo, da so zemeljski planeti nastali zelo hitro v prvih 50-100 milijonih let zgodovine sončnega sistema, naša Luna pa je nastala zaradi trka med objektom velikosti Mars in proto-Zemljo v nekem trenutku v tem času. Veliko pozneje je bilo pozno težko bombardiranje, časovno obdobje, ko se je na Luni oblikovalo veliko število udarnih kraterjev v časovnem razponu le sedemdeset milijonov let - in po sklepu so bili verjetno tudi Zemlja, Merkur, Venera in Mars.
Večina teorij o nastajanju planetov ne more pojasniti tega intenzivnega obdobja bombardiranja tako pozno v zgodovini sončnega sistema, vendar je bil Levison del ekipe, ki je leta 2005 predlagala lep model, kar je nakazalo, kako se je sprožilo pozno težko bombardiranje, ko so orjaški planeti - ki so se oblikovali v bolj kompaktno konfiguracijo - hitro migrirali drug od drugega (in njihova orbitalna ločitev se je povečala), in disk majhnih 'planetezimal', ki je ležal zunaj orbit planetov je bila destabilizirana, kar je povzročilo nenadno množično dostavo teh planetezimalov – asteroidov in kometov – v notranji sončni sistem.
Toda po modelu so planetezimali verjetno povzročili tudi selitev planetov. Planeti so nastali iz velikanskega diska plina, prahu, kamnitih naplavin in ledu, ki obdaja zgodnje Sonce. Odpadki so se združili v večje objekte velikosti planeta, simulacije pa kažejo, da se bo večji predmet velikosti planeta, vgrajen v disk manjših predmetov, migrirali zaradi kotnega zagona in ohranjanja energije, ko planeti razpršijo planetesimale, na katere naletijo.
Umetnikov koncept planetezimalov in Jupitra.
'Motnje zaradi majhnih skalnatih ali ledenih predmetov, ki obkrožajo večji predmet, lahko povzročijo, da se večji predmet 'lete' vzdolž diska,' je povedal Minton za Universe Today. 'Vsakič, ko ti mali planetesimali naletijo na večji predmet, dejansko povzročijo majhen pomik v položaju večjega predmeta. Izkazalo se je, da če se lotite matematike, lahko dejansko povzročite neto gibanje velikega telesa, če obstaja kakršno koli rahlo neravnovesje v številu predmetov, ki se srečujejo na soncu proti soncu, in na nasprotni strani. pravzaprav se zgodi precej hitro.'
Minton in Levison sta uporabljala isto fiziko planetezimalne migracije pri nastanku zemeljskih planetov.
'V primeru Marsa si predstavljajte te planetarne zarodke, ki se nahajajo v območju Zemlja-Venera,' je dejal Minton. »Potem imaš en majhen zarodek, ki raste tako, da postane velik kot Mars, in bi se začel seliti zaradi migracije, ki jo poganja planetezima, in se odmakne od drugih fantov. Tako je zapustil paket in ko se premika po disku, se obtiči stran od mesta, kjer se dogaja vse dogajanje.'
Tako se je rast Marsa pri trenutni velikosti ustavila, ker se je preselil stran od materialov za gradnjo planeta.
Minton je povedal, da so njihove simulacije tega dela zelo dobro.
»Veliko smo delali matematike in migracija je precej hitra,« je dejal, »in Mars bi lahko migriral skozi disk, preden bi se lahko oblikoval kateri koli drugi planet velikosti Marsa. V zgodnjem sončnem sistemu, kjer imate Mars nasedli na robu diska pri 1,5 AU, kjer je trenutno in vsa druga dejanja, ki se dogajajo v območju Zemlja-Venera, sta lahko Zemlja in Venera zrastejo do velikosti, kot sta zdaj, kjer sta oba približno enake velikosti in mase, Mars pa je nasedel sam.'
In z Marsom obstaja zasuk Marstinija, ki bi lahko ponudil nadomestno razlago za pozno težko bombardiranje.
Mars, ki se seli, bi lahko pobral planetezimale v svoji resonanci, kjer dve ali več orbitirajočih teles izvajata gravitacijski vpliv drug na drugega.
'Sploh ni očitno, zakaj je tako,' je dejal Minton, 'vendar se domneva, da se je ista stvar zgodila v zunanjem sončnem sistemu, ki je Plutonu dal svojo orbito. Menimo, da je bil Pluton dejansko pobran v resonanci 3:2 z Neptunom, ko je Neptun migriral ven, in zato Pluton in drugi 'Plutini' živijo v teh resonancah z Neptunom.'
Plutini so drugi predmeti Kuiperjevega pasu blizu Plutona. Ta resonanca pomeni, da se Pluton in Plutini obkrožita trikrat okoli Sonca za vsakih 2-krat Neptuna. Obstajajo tudi Two-tinos, ki sta ujeta v resonanco 1:2 z Neptunom – in ki se nahajata proti zunanjemu robu Kuiperjevega pasu. Nove simulacije kažejo, da so te linije resonanc skoraj kot snežni plug, in ko je Neptun migriral ven, je pobral vsa ta majhna ledena telesa, Pluton in Plutino.
Grafika sončnega sistema v njegovi trenutni konfiguraciji; Mars je majhen. Zasluge: NASA
To bi se lahko zgodilo tudi Marsu, in ko je Mars migriral skozi disk, bi pobral tudi majhne predmete.
'Odločil sem se, da pokličem te Marstinije, da ostanem v temi Plutino in Two-tino,' je dejal Minton z nasmehom. 'Ne vem, ali bo to ostalo ali ne.'
Toda zanimiva stvar pri Marstinih, je dejal Minton, je, da je resonanca 3:2 z Marsom pravzaprav zelo nestabilno območje.
'Tam dejansko obstaja resonanca s Saturnom, ki je obstajala samo v času poznega težkega bombardiranja,' je dejal, 'torej je bil pred tem Saturn - mislimo - v drugačnem položaju, zato je bila ta posebna resonanca v drugačnem položaju . Tako je ta resonančna lokacija postala nestabilna šele potem, ko so orjaški planeti migrirali na svojo trenutno lokacijo. Zato menimo, da bi bili ti Marstini stabilni in v tistem vmesnem obdobju med koncem nastajanja planetov in poznim težkim bombardiranjem je ta regija nenadoma postala nestabilna, ko so planeti premaknili položaje na svoje trenutne lokacije.
Torej so lahko Marstini odgovorni za pozno težko bombardiranje?
'Ti Marstini so bili potisnjeni s planeta, ki tvori regije v asteroidni pas,' je dejal Minton, 'nato pa so se planeti kar naenkrat preselili in celotno to območje je postalo nestabilno in tako bi lahko vsi odleteli v notranji sončni sistem in na koncu zadeti Luno.'
Veliko vprašanj o poznem težkem bombardiranju.
Obstaja še nekaj drugih argumentov, kjer se Marstini ujemajo s profilom tega, kar je med poznim težkim bombardiranjem prizadelo Luno.
'Imamo razloge za domnevo, da so bili predmeti, ki so udarili na Luno med poznim težkim bombardiranjem, nekako podobni asteroidom, vendar ne ravno takšni kot asteroidi, ki jih imamo zdaj,' je dejal Minton. 'Torej, obstaja nekaj kemičnih argumentov, ki jih lahko podate, lahko pa podate tudi nekaj argumentov iz verjetnosti udarcev, ki morda niso imeli dovolj mase v asteroidnem pasu, da bi zagotovili vse asteroide in udarce, ki jih vidimo na Luni.'
Obstajajo pa še druga odprta vprašanja, na primer, kako dolgo je trajalo pozno močno bombardiranje, kdaj se je začelo, ali so bili kometi kdaj pomembni v zgodovini bombardiranja Lune ali so bili vsi asteroidi? Minton je dejal, da bi nadaljnje raziskovanje Lune odgovorilo na mnoga od teh vprašanj.
»To so vse stvari, ki jih resnično moramo izvedeti na Luno in skoraj nikjer drugje ne morete iti, da bi to storili. To je res eno najboljših krajev za razumevanje celotne zgodovine sončnega sistema.
Minton bo svoje ugotovitve predstavil na prihajajoči konferenci o lunarni in planetarni znanosti marca 2011.
Za podcast NASA Lunar Science Institute (na voljo tudi na 365 dni astronomije. )