Eine stark kraterartige Mondoberfläche durch Bombardierung von Asteroiden. Bildnachweis: NASA Zum Vergrößern anklicken
Hit-and-Run-Kollisionen zwischen embryonalen Planeten während einer kritischen Phase in der frühen Geschichte des Sonnensystems können laut Forschern der University of California in Santa Cruz, die beschrieben haben, für einige bisher ungeklärte Eigenschaften von Planeten, Asteroiden und Meteoriten verantwortlich sein ihre Ergebnisse in der Ausgabe vom 12. Januar der Zeitschrift Nature.
Die vier „terrestrischen“ oder felsigen Planeten (Erde, Mars, Venus und Merkur) sind das Ergebnis einer zig Millionen Jahre dauernden Anfangsperiode gewaltsamer Kollisionen zwischen Planetenkörpern unterschiedlicher Größe. Wissenschaftler haben diese Ereignisse hauptsächlich im Hinblick auf die Anreicherung von neuem Material und andere Auswirkungen auf den betroffenen Planeten betrachtet, während dem Impaktor wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde. (Per Definition ist der Impaktor der kleinere der beiden kollidierenden Körper.)
Aber wenn Planeten kollidieren, halten sie nicht immer zusammen. Ungefähr die Hälfte der Zeit wird ein Impaktor in Planetengröße, der auf einen anderen Körper in Planetengröße trifft, abprallen, und diese Kollisionen haben drastische Konsequenzen für den Impaktor, sagte Erik Asphaug, Associate Professor für Geowissenschaften an der UCSC und Erstautor von das Naturpapier.
"Am Ende sehen Sie Planeten, die den Tatort verlassen und ganz anders aussehen als bei ihrem Eintritt. Sie können ihre Atmosphäre, Kruste und sogar den Mantel verlieren oder in eine Familie kleinerer Objekte zerlegt werden", sagte Asphaug .
Die Überreste dieser zerstörten Impaktoren befinden sich im gesamten Asteroidengürtel und unter Meteoriten, die Fragmente anderer Planetenkörper sind, die auf der Erde gelandet sind, sagte er. Sogar der Planet Merkur könnte ein Hit-and-Run-Impaktor gewesen sein, bei dem ein Großteil seiner äußeren Schichten entfernt worden war und der einen relativ großen Kern sowie eine dünne Kruste und einen dünnen Mantel aufwies, sagte Asphaug. Dieses Szenario bleibt jedoch spekulativ und erfordert zusätzliche Studien, sagte er.
Asphaug und der Postdoktorand Craig Agnor verwendeten leistungsstarke Computer, um Simulationen einer Reihe von Szenarien durchzuführen, von grasenden Begegnungen bis hin zu direkten Treffern zwischen Planeten vergleichbarer Größe. Co-Autor Quentin Williams, Professor für Geowissenschaften an der UCSC, analysierte die Ergebnisse dieser Simulationen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Zusammensetzung und den Endzustand der verbleibenden Objekte.
Die Forscher fanden heraus, dass selbst enge Begegnungen, bei denen die beiden Objekte nicht tatsächlich kollidieren, das kleinere Objekt stark beeinträchtigen können.
"Wenn zwei massive Objekte nahe beieinander vorbeiziehen, induzieren Gravitationskräfte dramatische physikalische Veränderungen - Dekomprimieren, Schmelzen, Entfernen von Material und sogar Vernichtung des kleineren Objekts", sagte Williams. "Man kann viel Physik und Chemie an Objekten im Sonnensystem durchführen, ohne sie zu berühren."
Ein Planet übt durch die Selbstgravitation einen enormen Druck auf sich selbst aus, aber die Anziehungskraft eines größeren Objekts in der Nähe kann dazu führen, dass dieser Druck steil abfällt. Die Auswirkungen dieser Druckentlastung können explosiv sein, sagte Williams.
"Es ist, als würde man das kohlensäurehaltigste Getränk der Welt entkorken", sagte er. „Was passiert, wenn ein Planet um 50 Prozent dekomprimiert wird, verstehen wir derzeit nicht sehr gut, aber es kann die Chemie und Physik überall verändern und eine Komplexität von Materialien erzeugen, die die Heterogenität sehr gut erklären könnten wir sehen in Meteoriten. "
Es wird angenommen, dass die Bildung der terrestrischen Planeten mit einer Phase sanfter Akkretion innerhalb einer Gas- und Staubscheibe um die Sonne begonnen hat. Embryonale Planeten verschlang einen Großteil des Materials um sie herum, bis das innere Sonnensystem etwa 100 mond- bis marsgroße Planeten beherbergte, sagte Asphaug. Gravitationswechselwirkungen untereinander und mit Jupiter warfen diese Protoplaneten dann aus ihren Kreisbahnen und lösten eine Ära riesiger Einschläge aus, die wahrscheinlich 30 bis 50 Millionen Jahre dauerte, sagte er.
Wissenschaftler haben Computer verwendet, um die Bildung der terrestrischen Planeten aus Hunderten kleinerer Körper zu simulieren, aber die meisten dieser Simulationen haben angenommen, dass Planeten bei einer Kollision haften bleiben, sagte Asphaug.
"Wir haben immer gewusst, dass dies eine Annäherung ist, aber es ist für Planeten eigentlich nicht einfach, sich zusammenzuschließen", sagte er. "Unsere Berechnungen zeigen, dass sie sich ziemlich langsam bewegen und fast frontal treffen müssen, um zu wachsen."
Es ist für einen Planeten leicht, ein viel kleineres Objekt als sich selbst anzuziehen und zu akkretieren. Bei riesigen Einschlägen zwischen Körpern in Planetengröße ist der Impaktor jedoch in seiner Größe mit dem Ziel vergleichbar. Im Fall eines Impaktors in Marsgröße, der ein Ziel in Erdgröße trifft, würde der Impaktor ein Zehntel der Masse, aber die Hälfte des Erddurchmessers betragen, sagte Asphaug.
„Stellen Sie sich zwei Planeten vor, die bei einem typischen Aufprallwinkel von 45 Grad halb so groß wie die andere kollidieren. Etwa die Hälfte des kleineren Planeten schneidet den größeren Planeten nicht wirklich, während die andere Hälfte auf ihren Spuren stehen bleibt “, sagte Asphaug. "Es wird also enorm geschert, und dann haben Sie unglaublich starke Gezeitenkräfte, die aus nächster Nähe wirken. Die Kombination zieht den kleineren Planeten beim Verlassen auseinander, sodass der Impaktor in den schwersten Fällen einen großen Teil seines Mantels verliert, ganz zu schweigen von seiner Atmosphäre und Kruste. "
Laut Agnor ist das gesamte Problem der Planetenbildung sehr komplex, und die Aufklärung der Rolle, die Fragmentierungskollisionen bei Treffer und Flucht spielen, muss weiter untersucht werden. Durch die Untersuchung von Planetenkollisionen aus der Sicht des Impaktors haben die UCSC-Forscher jedoch physikalische Mechanismen identifiziert, die viele rätselhafte Merkmale von Asteroiden erklären können.
Hit-and-Run-Kollisionen können eine Vielzahl verschiedener Arten von Asteroiden erzeugen, sagte Williams. "Einige Asteroiden sehen aus wie kleine Planeten, die nicht sehr gestört sind, und am anderen Ende des Spektrums befinden sich solche, die wie eisenreiche Hundeknochen im Weltraum aussehen", sagte er. „Dies ist ein Mechanismus, mit dem unterschiedliche Mengen des felsigen Materials, aus dem Kruste und Mantel bestehen, abgestreift werden können. Was zurückbleibt, kann vom eisenreichen Kern bis zu einer ganzen Reihe von Gemischen mit unterschiedlichen Mengen an Silikaten reichen. “
Eines der Rätsel des Asteroidengürtels ist der Nachweis eines weit verbreiteten globalen Schmelzens von Asteroiden. Schlagheizung ist ineffizient, weil sie Wärme lokal abgibt. Es ist nicht klar, was einen Asteroiden in einen großen geschmolzenen Fleck verwandeln könnte, aber eine Druckentlastung bei einer Kollision könnte den Trick tun, sagte Asphaug.
"Wenn der Druck um den Faktor zwei abfällt, kann man von etwas, das nur heiß ist, zu etwas Geschmolzenem übergehen", sagte er.
Die Druckentlastung kann auch Wasser abkochen und Gase freisetzen, was erklären würde, warum viele differenzierte Meteoriten dazu neigen, frei von Wasser und anderen flüchtigen Substanzen zu sein. Diese und andere Prozesse, die an Hit-and-Run-Kollisionen beteiligt sind, sollten genauer untersucht werden, sagte Asphaug.
"Es ist ein neuer Mechanismus für die Planetenentwicklung und die Bildung von Asteroiden und schlägt viele interessante Szenarien vor, die weitere Untersuchungen rechtfertigen", sagte er.
Ursprüngliche Quelle: NASA Astrobiology
