Illustrazione artistica di due oggetti massicci che si scontrano. Credito:NASA/JPL-Caltech
Ciò che non si attacca viene in giro:utilizzando l'apprendimento automatico e le simulazioni di impatti giganteschi, i ricercatori del Lunar and Planetary Laboratory hanno scoperto che i pianeti che risiedono nei sistemi solari interni sono probabilmente nati da ripetute collisioni mordi e fuggi, sfidando i modelli convenzionali di formazione dei pianeti.
Formazione del pianeta, il processo mediante il quale pulito, il giro, pianeti distinti si formano da un turbolento, vorticosa nuvola di robusti asteroidi e mini pianeti - era probabilmente ancora più disordinata e complicata di quanto la maggior parte degli scienziati vorrebbe ammettere, secondo una nuova ricerca condotta dai ricercatori dell'Università dell'Arizona Lunar and Planetary Laboratory.
I risultati sfidano la visione convenzionale, in cui le collisioni tra blocchi di costruzione più piccoli li fanno aderire e, col tempo, ripetute collisioni accrescono nuovo materiale sul pianeta in crescita.
Anziché, gli autori propongono e dimostrano prove per un nuovo scenario "mordi e fuggi-ritorno", in cui i corpi pre-planetari hanno trascorso buona parte del loro viaggio attraverso il sistema solare interno schiantandosi e rimbalzando l'uno contro l'altro, prima di incontrarsi di nuovo in un secondo momento. Essendo stato rallentato dalla loro prima collisione, sarebbero più propensi a restare insieme la prossima volta. Immagina una partita a biliardo, con le palle che si fermano, invece di colpire un pupazzo di neve con le palle di neve, e hai reso l'idea.
La ricerca è pubblicata in due rapporti che compaiono nel numero del 23 settembre di Il giornale di scienze planetarie , con uno incentrato su Venere e la Terra, e l'altro sulla luna terrestre. Al centro di entrambe le pubblicazioni, secondo il team di autori, guidato dalle scienze planetarie e dal professore di LPL Erik Asphaug, è il punto in gran parte non riconosciuto che gli impatti giganteschi non sono le fusioni efficienti che gli scienziati credevano che fossero.
"Troviamo che la maggior parte degli impatti giganteschi, anche quelli relativamente "lenti", sono mordi e fuggi. Ciò significa che per la fusione di due pianeti, di solito devi prima rallentarli in una collisione mordi e fuggi, " ha detto Asphaug. "Per pensare a impatti giganteschi, per esempio la formazione della luna, come un evento singolare è probabilmente sbagliato. Più probabilmente ci sono volute due collisioni di fila".
Un'implicazione è che Venere e la Terra avrebbero avuto esperienze molto diverse nella loro crescita come pianeti, pur essendo vicini immediati nel sistema solare interno. In questo documento, guidato da Alexandre Emsenhuber, che ha svolto questo lavoro durante una borsa di studio post-dottorato nel laboratorio di Asphaug ed è ora alla Ludwig Maximilian University di Monaco, la giovane Terra sarebbe servita a rallentare i corpi planetari interdipendenti, rendendoli alla fine più propensi a scontrarsi e a restare attaccati a Venere.
"Pensiamo che durante la formazione del sistema solare, la Terra primitiva ha agito come un'avanguardia per Venere, "Ha detto Emsenhuber.
I pianeti terrestri del sistema solare interno, mostrato in scala. Secondo la teoria dell'"accrescimento in fase avanzata", Marte e Mercurio (anteriore sinistro e destro) sono ciò che resta di una popolazione originale di embrioni in collisione, e Venere e la Terra crebbero in una serie di impatti giganteschi. Una nuova ricerca si concentra sulla preponderanza delle collisioni mordi e fuggi negli impatti giganti, e mostra che la proto-Terra sarebbe servita come "avanguardia", rallentando corpi di dimensioni planetarie in mordi e fuggi. Ma è proto-Venere, più spesso che non, che alla fine li accresce, il che significa che era più facile per Venere acquisire corpi dal sistema solare esterno. Credito:Lsmpascal - Wikimedia commons
Il sistema solare è ciò che gli scienziati chiamano pozzo gravitazionale, il concetto alla base di un'attrazione popolare alle mostre scientifiche. I visitatori lanciano una moneta in un pozzo gravitazionale a forma di imbuto, e poi guarda il loro denaro completare diverse orbite prima che cada nel buco centrale. Più un pianeta è vicino al sole, più forte è la gravità sperimentata dai pianeti. Ecco perché i pianeti interni del sistema solare su cui si sono concentrati questi studi:Mercurio, Venere, Terra e Marte:orbitano attorno al sole più velocemente di, dire, Giove, Saturno e Nettuno. Di conseguenza, più un oggetto si avvicina al sole, più è probabile che resti lì.
Quindi, quando un pianeta interdipendente colpisce la Terra, era meno probabile che si attaccasse alla Terra, e invece più probabile che finisca a Venere, Ha spiegato Asphaug.
"La Terra fa da scudo, fornendo una prima tappa contro questi pianeti impattanti, " ha detto. "Più probabile che no, un pianeta che rimbalza sulla Terra colpirà Venere e si fonderà con essa".
Emsenhuber usa l'analogia di una palla che rimbalza giù da una scala per illustrare l'idea di ciò che guida l'effetto avanguardia:un corpo che arriva dal sistema solare esterno è come una palla che rimbalza su una rampa di scale, con ogni rimbalzo che rappresenta una collisione con un altro corpo.
"Lungo la strada, la palla perde energia, e scoprirai che rimbalzerà sempre al piano di sotto, mai al piano di sopra, " ha detto. "Per questo motivo, il corpo non può più lasciare il sistema solare interno. Di solito vai solo al piano di sotto, verso Venere, e un impattore che si scontra con Venere è abbastanza felice di stare nel sistema solare interno, quindi ad un certo punto colpirà di nuovo Venere."
La Terra non ha una tale avanguardia per rallentare i suoi pianeti interdipendenti. Questo porta a una differenza tra i due pianeti di dimensioni simili che le teorie convenzionali non possono spiegare, argomentano gli autori.
"L'idea prevalente è che non importa se i pianeti si scontrano e non si fondono subito, perché ad un certo punto si incontreranno di nuovo e poi si fonderanno, " Emsenhuber ha detto. "Ma non è quello che troviamo. Scopriamo che finiscono per diventare più frequentemente parte di Venere, invece di tornare sulla Terra. È più facile andare dalla Terra a Venere che il contrario".
Per seguire tutte queste orbite e collisioni planetarie, e infine le loro fusioni, il team ha utilizzato l'apprendimento automatico per ottenere modelli predittivi da simulazioni 3D di impatti giganti. Il team ha quindi utilizzato questi dati per calcolare rapidamente l'evoluzione orbitale, comprese le collisioni mordi e fuggi e di fusione, simulare la formazione del pianeta terrestre nel corso di 100 milioni di anni. Nella seconda carta, gli autori propongono e dimostrano il loro scenario mordi e fuggi per la formazione della luna, riconoscere i problemi primari con il modello standard dell'impatto gigante.
Si pensa che la luna sia la conseguenza di un impatto gigantesco. Secondo una nuova teoria, ci sono stati due impatti giganti di fila, separati da circa 1 milione di anni, coinvolgendo una "Theia" delle dimensioni di Marte e la proto-Terra. In questa immagine, la collisione proposta è simulata in 3D, mostrato circa un'ora dopo l'impatto. Una vista in sezione mostra i nuclei di ferro. Theia (o la maggior parte di essa) sfugge a malapena, quindi è probabile una collisione successiva. Credito:A. Emsenhuber/Università di Berna/Università di Monaco
"Il modello standard per la luna richiede una collisione molto lenta, relativamente parlando, " Asphaug ha detto, "e crea una luna composta principalmente dal pianeta impattante, non la proto-Terra, il che è un grosso problema poiché la luna ha una chimica isotopica quasi identica alla Terra".
Nel nuovo scenario della squadra, un protopianeta delle dimensioni di circa Marte colpisce la Terra, come nel modello standard, ma è un po' più veloce quindi va avanti. Ritorna in circa 1 milione di anni per un impatto gigante che assomiglia molto al modello standard.
"Il doppio impatto mescola le cose molto più di un singolo evento, " Asphaug ha detto, "che potrebbe spiegare la somiglianza isotopica della Terra e della luna, e anche come il secondo, Lento, la collisione di fusione sarebbe avvenuta in primo luogo."
I ricercatori pensano che l'asimmetria risultante nel modo in cui i pianeti sono stati messi insieme indichi la strada per studi futuri che affronteranno la diversità dei pianeti terrestri. Per esempio, non capiamo come la Terra sia finita con un campo magnetico molto più forte di quello di Venere, o perché Venere non ha la luna.
La loro ricerca indica differenze sistematiche nella dinamica e nella composizione, secondo Asphaug.
"Secondo noi, La Terra avrebbe accresciuto la maggior parte del suo materiale da collisioni che erano colpi frontali, oppure più lenti di quelli vissuti da Venere, " ha detto. "Le collisioni sulla Terra che erano più oblique e con una velocità maggiore sarebbero finite preferibilmente su Venere".
Ciò creerebbe un pregiudizio in cui, Per esempio, protopianeti del sistema solare esterno, a velocità maggiore, si sarebbe preferibilmente accresciuto su Venere invece che sulla Terra. In breve, Venere potrebbe essere composta da materiale che era più difficile da afferrare per la Terra.
"Si potrebbe pensare che la Terra sia costituita da più materiale del sistema esterno perché è più vicina al sistema solare esterno di Venere. Ma in realtà, con la Terra in questo ruolo di avanguardia, rende effettivamente più probabile che Venere accumuli materiale del sistema solare esterno, " disse Asphaug.
