De afgelopen jaren hebben astronomen geprobeerd ons begrip van hoe het zonnestelsel is ontstaan te verfijnen. Aan de ene kant heb je de traditionele Nebulaire hypothese die stelt dat de zon, de planeten en alle andere objecten in het zonnestelsel miljarden jaren geleden zijn gevormd uit vaag materiaal. Astronomen gingen er echter traditioneel van uit dat de planeten zich vormden in hun huidige banen, die sindsdien in twijfel zijn getrokken.
Dit wordt betwist door theorieën zoals het Grand Tack-model. Deze theorie stelt dat Jupiter na zijn vorming uit zijn oorspronkelijke baan is gemigreerd, wat een grote impact had op het innerlijke zonnestelsel. En in een recentere studie heeft een internationaal team van wetenschappers een stap verder gebracht door te stellen dat Mars zich feitelijk heeft gevormd in wat nu de asteroïdengordel is en in de loop van de tijd dichter bij de zon migreerde.
De studie, getiteld "De koele en verre formatie van Mars", verscheen onlangs in het tijdschrift Aarde en Planetary Science Letters. De studie werd geleid door Ramon Brasser van het Earth Life Science Institute van het Tokyo Institute of Technology en omvatte leden van de University of Colorado, de Hungarian Academy of Sciences en de University of Dundee in het VK.
Omwille van hun studie heeft het team een van de meest in het oog springende problemen met traditionele modellen voor de vorming van zonnestelsels aangepakt. Dit is de aanname dat Mars, Aarde en Venus dicht bij elkaar zijn gevormd en dat Mars naar buiten is gemigreerd naar zijn huidige baan. Bovendien stelt de theorie dat Mars - ongeveer 53% zo groot als de aarde en slechts 15% zo massief - in wezen een planetair embryo is dat nooit een volledige, rotsachtige planeet is geworden.
Dit wordt echter tegengesproken door massale elementaire en isotopische studies uitgevoerd op Mars meteorieten, die belangrijke verschillen in samenstelling tussen Mars en aarde hebben opgemerkt. Zoals Brasser en zijn team in hun studie hebben aangegeven:
“Dit suggereert dat Mars tijdens de primaire aangroei buiten de terrestrische voedingszone is gevormd. Het is daarom waarschijnlijk dat Mars altijd aanzienlijk verder van de zon is verwijderd dan de aarde; de groei was vroegtijdig belemmerd en de massa bleef relatief laag. ”
Om deze hypothese te testen, voerde het team dynamische simulaties uit die consistent waren met het Grand Tack-model. In deze simulaties verplaatste Jupiter een grote massaconcentratie naar de zon en migreerde naar het binnenste zonnestelsel, wat een diepgaande invloed had op de vorming en baankenmerken van de terrestrische planeten (Mercurius, Venus, aarde en Mars).
De theorie stelt ook dat deze migratie materiaal van Mars wegtrok, en dus de verschillen in samenstelling en de kleinere omvang en massa van de planeet ten opzichte van Venus en Aarde verklaart. Wat ze ontdekten was dat Mars in een klein percentage van hun simulaties zich verder van de zon vormde en dat de zwaartekracht van Jupiter Mars in zijn huidige baan duwde.
Hieruit concludeerde het team dat ofwel wetenschappers niet de nodige mechanismen hebben om de vorming van Mars te verklaren, of dat van alle mogelijkheden, dit statistisch zeldzame scenario inderdaad het juiste is. Zoals Stephen Mojzsis - hoogleraar geologische wetenschappen aan de Universiteit van Colorado en co-auteur van de studie - in een recent interview met Astrobiology Magazine, het feit dat het scenario zeldzaam is, maakt het niet minder aannemelijk:
“Bij voldoende tijd kunnen we deze evenementen verwachten. Je krijgt bijvoorbeeld uiteindelijk dubbele zessen als je genoeg dobbelstenen gooit. De kans is 1/36 of ongeveer hetzelfde als we krijgen voor onze simulaties van de formatie van Mars. "
In werkelijkheid is een waarschijnlijkheid van 2% (wat ze hebben verkregen uit de simulaties) nauwelijks een slechte kans als ze in kosmologische termen worden beschouwd. En als je bedenkt dat een dergelijke mogelijkheid de belangrijkste verschillen tussen Mars en zijn aardse neven (d.w.z. de aarde en Venus) mogelijk zou maken, lijkt deze kleine kans redelijk mogelijk. Het idee dat Mars in de loop van zijn geschiedenis naar binnen is gemigreerd, heeft echter ook enkele ernstige implicaties.
Om te beginnen werden de onderzoekers onder druk gezet om uit te leggen hoe Mars een dikkere, warmere atmosfeer had kunnen hebben waardoor er vloeibaar water op het oppervlak zou kunnen bestaan. Als Mars zich daadwerkelijk in de moderne asteroïdengordel zou hebben gevormd, zou het veel minder zonnestroom hebben ondergaan en zouden de oppervlaktetemperaturen aanzienlijk lager zijn geweest dan wanneer het zich op zijn huidige locatie zou hebben gevormd.
Zoals ze echter aangeven, als Mars in zijn vroege atmosfeer voldoende koolstofdioxide had, is het mogelijk dat de inslagen tijdens het late zware bombardement af en toe perioden hadden kunnen toestaan waarin vloeibaar water op het oppervlak kon voorkomen. Of zoals ze het uitleggen:
“Tenzij, zoals ons model laat zien, een intrinsiek vluchtig-rijke Mars een sterke en duurzame broeikasatmosfeer bezat, was de gemiddelde oppervlaktetemperatuur onophoudelijk lager dan 0 ° C. Zo'n koude oppervlakteomgeving zou regelmatig zijn getroffen door bombardementen met vroege impact die beide een stervende hydrologische cyclus opnieuw hebben opgestart en een toevluchtsoord vormden voor een mogelijk vroeg leven in de marskorst. ”
Kortom, hoewel Mars tijdens zijn vroege levensduur minder aan zonne-energie zou zijn blootgesteld, is het mogelijk dat het nog steeds warm genoeg was om vloeibaar water op zijn oppervlak te ondersteunen. En zoals Mojzsis zei in een paper waaraan hij vorig jaar samen schreef, zouden de vele bombardementen die het ontving (zoals blijkt uit de vele kraters) voldoende zijn geweest om oppervlakte-ijs te smelten, de atmosfeer te verdikken en een periodieke hydrologische cyclus op gang te brengen.
Een ander interessant aspect van deze studie is hoe het voorspelt dat Venus waarschijnlijk een bulksamenstelling heeft (inclusief zijn zuurstofisotopen) die vergelijkbaar is met die van het aarde-maansysteem. Volgens hun simulaties komt dit doordat Venus en Aarde altijd dezelfde bouwstenen deelden, terwijl Aarde en Mars dat niet deden. Deze bevindingen kwamen overeen met recente infraroodwaarnemingen van Venus en zijn atmosfeer op de grond.
Maar daarover kunnen natuurlijk geen definitieve conclusies worden getrokken totdat er monsters van Venus 'korst kunnen worden verkregen. Dit kan worden bereikt als en wanneer de voorgestelde Venera-Dolgozhivuschaya (Venera-D) -missie - een gezamenlijk NASA / Roscomos-plan om een orbiter en lander naar Venus te sturen - in het komende decennium wordt gelanceerd. In de tussentijd zijn er nog andere onopgeloste problemen in het Grand Tack-model en Nebular Hypothesis die moeten worden aangepakt.
Volgens Mojzsis omvatten deze hoe de gas / ijsreuzen van het zonnestelsel zich op hun huidige locaties hadden kunnen vormen. Het idee dat ze in hun huidige banen buiten de asteroïdengordel zijn gevormd, lijkt niet te stroken met modellen van het vroege zonnestelsel, die aantonen dat er niet genoeg van het benodigde materiaal zo ver van de zon verwijderd was. Een alternatief is dat ze zich dichter bij de zon vormden en ook naar buiten migreerden.
Zoals Mojzsis uitlegde, wordt deze mogelijkheid versterkt door recente studies van planetaire systemen buiten de zon, waar gasreuzen zeer dicht rond hun sterren (d.w.z. "Hot Jupiters") en verder weg cirkelen:
“We begrijpen uit directe waarnemingen via de Kepler-ruimtetelescoop en eerdere studies dat migratie van reuzenplaneetten een normaal kenmerk is van planetaire systemen. De vorming van een gigantische planeet veroorzaakt migratie en migratie draait helemaal om de zwaartekracht, en deze werelden beïnvloedden al vroeg elkaars banen. "
Als er een voordeel is om verder in het heelal te kunnen kijken, dan hebben astronomen daardoor betere en completere theorieën kunnen bedenken over hoe het zonnestelsel is ontstaan. En terwijl onze verkenning van het zonnestelsel blijft groeien, zullen we zeker veel dingen leren die ons zullen helpen om ook ons begrip van andere sterrenstelsels te vergroten.
