Een zwaar gekraterd maanoppervlak door asteroïden te bombarderen. Afbeelding tegoed: NASA Klik om te vergroten
Hit-and-run botsingen tussen embryonale planeten tijdens een kritieke periode in de vroege geschiedenis van het zonnestelsel kunnen een verklaring zijn voor enkele voorheen onverklaarde eigenschappen van planeten, asteroïden en meteorieten, volgens onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Cruz, die beschreven hun bevindingen in het nummer van 12 januari van het tijdschrift Nature.
De vier 'aardse' of rotsachtige planeten (aarde, Mars, Venus en Mercurius) zijn het product van een aanvankelijke periode van tientallen miljoenen jaren van gewelddadige botsingen tussen planetaire lichamen van verschillende groottes. Wetenschappers hebben deze gebeurtenissen meestal beschouwd in termen van de aanwas van nieuw materiaal en andere effecten op de getroffen planeet, terwijl er weinig aandacht is besteed aan het impactor. (Het impactor is per definitie de kleinste van de twee botsende lichamen.)
Maar wanneer planeten botsen, blijven ze niet altijd bij elkaar. Ongeveer de helft van de tijd stuitert een impactor van planeetformaat dat een ander lichaam van planeetformaat raakt, en deze botsingen hebben grote gevolgen voor het impactor, zei Erik Asphaug, universitair hoofddocent aardwetenschappen bij UCSC en eerste auteur van de Nature paper.
"Je krijgt planeten die de plaats van de misdaad verlaten en er heel anders uitzien dan toen ze binnenkwamen - ze kunnen hun atmosfeer, korst, zelfs de mantel verliezen, of ze kunnen uit elkaar worden gerukt in een familie van kleinere objecten," zei Asphaug .
De overblijfselen van deze verstoorde impactors zijn te vinden in de asteroïdengordel en onder meteorieten, fragmenten van andere planetaire lichamen die op aarde zijn geland, zei hij. Zelfs de planeet Mercurius was mogelijk een inslaand impactor waarvan veel van de buitenste lagen waren verwijderd, waardoor het een relatief grote kern en dunne korst en mantel achterliet, zei Asphaug. Dat scenario blijft echter speculatief en vereist aanvullend onderzoek, zei hij.
Asphaug en postdoctoraal onderzoeker Craig Agnor gebruikten krachtige computers om simulaties van verschillende scenario's uit te voeren, van ontmoetingen met begrazing tot directe treffers tussen planeten van vergelijkbare grootte. Coauteur Quentin Williams, hoogleraar Aardwetenschappen aan UCSC, analyseerde de uitkomsten van deze simulaties in termen van hun effecten op de samenstelling en uiteindelijke toestand van de overblijvende objecten.
De onderzoekers ontdekten dat zelfs kleine ontmoetingen waarbij de twee objecten niet echt botsen, het kleinere object ernstig kunnen beïnvloeden.
"Als twee enorme objecten elkaar naderen, veroorzaken zwaartekrachtkrachten dramatische fysieke veranderingen - decomprimeren, smelten, materiaal weghalen en zelfs het kleinere object vernietigen", zei Williams. 'Je kunt veel natuurkunde en scheikunde doen aan objecten in het zonnestelsel zonder ze zelfs maar aan te raken.'
Een planeet oefent een enorme druk op zichzelf uit door zelfzwaartekracht, maar de zwaartekracht van een groter object dat dichtbij komt, kan ervoor zorgen dat die druk steil daalt. De effecten van deze drukverlaging kunnen explosief zijn, zei Williams.
'Het is alsof je de meest koolzuurhoudende drank ter wereld ontkurkt', zei hij. “Wat er gebeurt als een planeet met 50 procent wordt gedecomprimeerd, begrijpen we in dit stadium niet zo goed, maar het kan de chemie en fysica overal veranderen, waardoor een complexiteit van materialen ontstaat die heel goed de heterogeniteit kan verklaren we zien in meteorieten. '
Aangenomen wordt dat de vorming van de aardse planeten is begonnen met een fase van zachte aanwas binnen een schijf van gas en stof rond de zon. Embryonale planeten sloegen veel van het materiaal om hen heen op tot het binnenste zonnestelsel ongeveer 100 planeten ter grootte van een maan tot Mars herbergde, zei Asphaug. Zwaartekrachtinteracties met elkaar en met Jupiter gooiden deze protoplaneten vervolgens uit hun cirkelvormige banen, waardoor een tijdperk van gigantische inslagen begon die waarschijnlijk 30 tot 50 miljoen jaar duurde, zei hij.
Wetenschappers hebben computers gebruikt om de vorming van de terrestrische planeten van honderden kleinere lichamen te simuleren, maar de meeste van die simulaties hebben aangenomen dat wanneer planeten botsen ze blijven plakken, zei Asphaug.
"We hebben altijd geweten dat dit een benadering is, maar het is eigenlijk niet gemakkelijk voor planeten om samen te voegen", zei hij. "Onze berekeningen laten zien dat ze vrij langzaam moeten bewegen en bijna frontaal moeten raken om te kunnen accreteren."
Het is gemakkelijk voor een planeet om een veel kleiner object dan zichzelf aan te trekken en aan te trekken. Bij gigantische inslagen tussen lichamen ter grootte van een planeet is het impactor echter qua grootte vergelijkbaar met het doelwit. In het geval dat een impactor van Mars-formaat een doel op aarde-grootte raakt, zou het impactor een tiende van de massa zijn, maar volledig de helft van de diameter van de aarde, zei Asphaug.
“Stel je voor dat twee planeten met elkaar botsen, de ene half zo groot als de andere, met een typische inslaghoek van 45 graden. Ongeveer de helft van de kleinere planeet snijdt de grotere planeet niet echt, terwijl de andere helft dood wordt gestopt in zijn sporen, 'zei Asphaug. "Er gebeurt dus enorm veel scheren, en dan heb je ongelooflijk krachtige getijdenkrachten die op korte afstanden werken. De combinatie werkt om de kleinere planeet uit elkaar te trekken, zelfs als deze vertrekt, dus in de meest ernstige gevallen verliest het impactor een groot deel van zijn mantel, om nog maar te zwijgen van de atmosfeer en de korst. "
Volgens Agnor is het hele probleem van de vorming van planeten zeer complex, en het zal verder moeten worden onderzocht om de rol van door botsingen veroorzaakte botsingen te ontrafelen. Door planetaire botsingen te onderzoeken vanuit het perspectief van de impactor, hebben de UCSC-onderzoekers fysieke mechanismen geïdentificeerd die veel raadselachtige kenmerken van asteroïden kunnen verklaren.
Hit-and-run-botsingen kunnen een breed scala aan verschillende soorten asteroïden produceren, zei Williams. 'Sommige asteroïden zien eruit als kleine planeten, niet erg gestoord, en aan de andere kant van het spectrum zijn er planeten die in de ruimte op ijzerrijke hondenbotten lijken', zei hij. 'Dit is een mechanisme dat verschillende hoeveelheden van het rotsachtige materiaal waaruit de korst en mantel bestaat, kan verwijderen. Wat achterblijft, kan variëren van alleen de ijzerrijke kern tot een hele reeks mengsels met verschillende hoeveelheden silicaten. "
Een van de puzzels van de asteroïdengordel is het bewijs van het wijdverbreide wereldwijde smelten van asteroïden. Impactverwarming is inefficiënt omdat het warmte lokaal afzet. Het is niet duidelijk wat een asteroïde in een grote gesmolten klodder zou kunnen veranderen, maar drukverlaging bij een aanrijding door een aanrijding zou de slag kunnen slaan, zei Asphaug.
'Als de druk met een factor twee daalt, kun je van iets dat alleen heet is naar iets gesmolten gaan', zei hij.
Depressuur kan ook water afkoken en gassen vrijgeven, wat zou verklaren waarom veel gedifferentieerde meteorieten de neiging hebben vrij te zijn van water en andere vluchtige stoffen. Deze en andere processen die betrokken zijn bij botsingen met hit-and-run moeten nader worden bestudeerd, zei Asphaug.
"Het is een nieuw mechanisme voor planetaire evolutie en asteroïdevorming, en het suggereert veel interessante scenario's die verder onderzoek rechtvaardigen", zei hij.
Oorspronkelijke bron: NASA Astrobiology
