Mars is een kleine planeet. In feite is de planeet voor wetenschappers die zonnestelsels modelleren te klein. "Iedereen die simuleert hoe je terrestrische planeten vormt, krijgt altijd een Mars die 5-10 keer groter is dan in het echte leven." Minton heeft samen met collega Dr. Hal Levison gewerkt om nieuwe simulaties te maken die de kleine omvang van Mars verklaren door het effect op te nemen van wat bekend staat als planetesimaal gedreven migratie, en bovendien kunnen kleine objecten die Minton 'Marstini's' noemt, roeren of schudden onze ideeën over het vroege zonnestelsel en het late zware bombardement op.
Planetaire wetenschappers zijn het erover eens dat de terrestrische planeten zich zeer snel hebben gevormd binnen de eerste 50-100 miljoen jaar van de geschiedenis van het zonnestelsel en dat onze maan op een bepaald moment in die tijd is gevormd door een inslag tussen een Mars-formaat object en de proto-aarde. Veel later was het late zware bombardement, de periode waarin een groot aantal inslagkraters binnen een tijdspanne van slechts zeventig miljoen jaar op de maan vormde - en als gevolg daarvan werden de aarde, Mercurius, Venus en Mars waarschijnlijk ook geslagen.
De meeste theorieën over planetaire vorming kunnen deze late bombardementen zo laat in de geschiedenis van het zonnestelsel niet verklaren, maar Levison maakte deel uit van een team dat in 2005 het Nice-model voorstelde, dat suggereerde hoe het late zware bombardement werd geactiveerd toen de gigantische planeten - die zich in een compactere configuratie vormden - snel van elkaar weg migreerden (en hun orbitale scheidingen namen allemaal toe), en een schijf van kleine "planetesimalen" die buiten de banen van de planeten lagen, werd gedestabiliseerd, waardoor een plotselinge massale afgifte van deze planetesimals - asteroïden en kometen - naar het innerlijke zonnestelsel.
Maar volgens het model veroorzaakten planetesimalen waarschijnlijk ook de migratie van de planeten. De planeten zijn gevormd uit een gigantische schijf van gas, stof, rotsachtig puin en ijs rond de vroege zon. Vuil smolt samen om grotere objecten van planeetformaat te vormen, en simulaties laten zien dat grotere objecten van planeetformaat, ingebed in een schijf van kleinere objecten, zullen migreren als gevolg van impulsmoment en energiebehoud terwijl de planeten de planetesimalen verstrooien die ze tegenkomen.
"Verstoringen door kleine rotsachtige of ijzige objecten rond een groter object kunnen ertoe leiden dat het grotere object langs de schijf" scoot ", 'vertelde Minton aan Space Magazine. “Elke keer dat deze kleine planetesimalen het grotere object tegenkomen, veroorzaken ze in feite een klein duwtje in de positie van het grotere object. Het blijkt dat als je de wiskunde berekent, als er een kleine onevenwichtigheid is in het aantal objecten dat zich aan de zonzijde of tegen de zonzijde tegenkomt, je eigenlijk een netto beweging van het grote lichaam kunt veroorzaken, en het gaat eigenlijk vrij snel. '
Minton en Levison hebben dezelfde fysica van planetair gedreven migratie toegepast op de vorming van de terrestrische planeten.
'Stel je in het geval van Mars deze planetaire embryo's voor die zich in de zone Aarde-Venus bevinden', zei Minton. 'Dan heb je een klein embryo dat uitgroeit tot Mars, en het zou beginnen te migreren vanwege een planetaire beweging, en het schiet weg van de andere jongens. Dus het heeft het peloton verlaten en terwijl het door de schijf beweegt, raakt het vastgelopen, weg van waar alle actie gaande is. "
Dus de groei van Mars kwam tot stilstand op de huidige grootte omdat het weg migreerde van de bouwmaterialen van de planeet.
Minton zei dat hun simulaties van dit werk heel goed werken.
"We hebben veel wiskunde gedaan en de migratie is vrij snel", zei hij, "en Mars zou door de schijf kunnen migreren voordat een andere planeet ter grootte van Mars zich zou kunnen vormen. In een vroeg zonnestelsel waar je een Mars hebt gestrand aan de rand van de schijf op 1,5 AU, waar het nu is en alle andere actie die gaande is in de zone Aarde-Venus, dan waren de Aarde en Venus in staat om uitgroeien tot het formaat dat ze nu zijn, waar ze allebei ongeveer dezelfde grootte en massa hebben en Mars op zichzelf is gestrand. ”
En met Mars is er een twist van Marstinis, die een alternatieve verklaring zou kunnen bieden voor het Late Heavy Bombardment.
De migrerende Mars had planetesimalen kunnen oppikken in zijn resonantie, waar twee of meer ronddraaiende lichamen een zwaartekrachtsinvloed op elkaar uitoefenen.
'Het is helemaal niet duidelijk waarom dat zo is,' zei Minton, 'maar men denkt dat hetzelfde is gebeurd in het buitenste zonnestelsel, wat Pluto zijn baan heeft gegeven. We denken dat Pluto daadwerkelijk werd opgepikt in de 3: 2 resonantie met Neptunus toen Neptunus naar buiten migreerde, en daarom leven Pluto en de andere "Plutino's" in deze resonanties met Neptunus. "
De Plutino's zijn andere Kuipergordel-objecten in de buurt van Pluto. Die resonantie betekent dat Pluto en de Plutino's driemaal om de zon gaan voor elke 2 keer dat Neptunus dat doet. Er zijn ook Two-tinos, die zijn gevangen in een 1: 2-resonantie met Neptunus - en die worden gevonden naar de buitenrand van de Kuipergordel. De nieuwe simulaties laten zien dat deze resonantielijnen bijna op een sneeuwschuiver lijken en terwijl Neptunus naar buiten migreerde, pakte het al deze kleine ijzige lichamen op, Pluto en de Plutino's.
Dit had ook met Mars kunnen gebeuren, en terwijl Mars door de schijf migreerde, zou het ook kleine voorwerpen hebben opgepikt.
"Ik heb besloten deze Marstini's te noemen, om het thema Plutino en Two-tino te behouden," zei Minton met een grijns. "Ik weet niet of dat blijft hangen of niet."
Maar het interessante van de marstini's, zei Minton, is dat een 3: 2-resonantie met Mars eigenlijk een erg onstabiele zone is.
"Er is daar eigenlijk een resonantie met Saturnus die alleen bestond in de tijd van het late zware bombardement", zei hij, "dus daarvoor was Saturnus - denken we - in een andere positie, dus deze specifieke resonantie was in een andere positie . Dus pas nadat de gigantische planeten naar hun huidige locatie waren gemigreerd, werd deze resonantielocatie onstabiel. Dus we denken dat deze Marstini's stabiel zouden zijn geweest en in die tussenperiode tussen het einde van de planeetvorming en het late zware bombardement, werd deze regio plotseling instabiel toen de planeten van positie veranderden naar hun huidige locaties. ”
Dus kunnen de Marstini's verantwoordelijk zijn voor het late zware bombardement?
'Deze marstini's werden uit de planeetvormende gebieden naar de asteroïdengordel geduwd', zei Minton, 'en toen migreerden de planeten ineens en werd dit hele gebied instabiel en dus konden ze allemaal het zonnestelsel in gaan en uiteindelijk de maan raken. '
Er zijn nog een aantal andere argumenten waarbij de marstini's passen bij het profiel van wat de maan trof tijdens het laat-zware bombardement.
"We hebben redenen om te denken dat de objecten die tijdens het late zware bombardement op de maan vielen een soort asteroïden waren, maar niet precies zoals de asteroïden die we nu hebben," zei Minton. "Er zijn dus enkele chemische argumenten die je kunt maken, en je kunt ook enkele argumenten maken van de impactkansen die mogelijk niet voldoende massa in de asteroïdengordel zijn geweest om alle asteroïden en inslagen die we op de maan zien te leveren."
Maar er zijn nog andere onopgeloste kwesties, zoals hoe lang het late zware bombardement duurde, toen het begon, waren kometen ooit belangrijk in de geschiedenis van het bombardement van de maan of waren het allemaal asteroïden? Minton zei dat een verdere verkenning van de maan veel van deze vragen zou beantwoorden.
'Dit zijn allemaal dingen die we echt nodig hebben om naar de maan te gaan om erachter te komen en je kunt het bijna nergens anders heen doen. Het is echt een van de beste plaatsen om de geschiedenis van het zonnestelsel te begrijpen.
Minton zal zijn bevindingen presenteren op de komende conferentie over maan- en planeetwetenschappen in maart 2011.
Je kunt luisteren naar een interview dat ik met Minton heb gedaan over planetesimaal gedreven migratie voor de NASA Lunar Science Institute-podcast (ook beschikbaar op de 365 Days of Astronomy.)
