Salah satu masalah mendasar dalam sains planet adalah untuk menentukan bagaimana badan planet dalam sistem suria dalaman terbentuk dan berkembang. Model komputer baru menunjukkan bahawa objek besar - beberapa yang sama besarnya dengan Kuiper Belt Objects seperti Pluto dan Eris - kemungkinan memukul Bumi, Bulan dan Marikh semasa peringkat akhir pembentukan planet, membawa logam berat ke permukaan planet. Model ini - dicipta oleh pelbagai penyelidik dari seluruh Institut Sains Lunar NASA - secara mengejutkan menangani banyak teka-teki yang berbeza di seluruh Sistem Suria, seperti bagaimana Bumi dapat mengekalkan cinta logam, unsur-unsur seperti emas dan platinum yang terdapat dalam mantelnya, bagaimana bahagian dalam Bulan sebenarnya boleh basah, dan sebaran aneh dalam ukuran asteroid.
"Sebilangan besar bukti tentang apa yang terjadi pada tahap akhir pembentukan planet telah terhapus dari masa ke masa," kata Bill Bottke dari Southwest Research Institute, yang memimpin pasukan penyelidik. "Jejak yang kami lalui di dunia ini cukup dingin dan dapat menggali lebih banyak maklumat daripada apa yang kami ada dan dapat menjawab beberapa masalah lama cukup menarik."
Bottke memberitahu Space Magazine bahawa kisah yang diceritakan oleh model baru ini "tidak begitu rumit seperti yang dilihat pada pandangan pertama," katanya. "Ini merangkumi banyak konsep bersama, dan beberapa konsep sebenarnya sudah ada untuk sementara waktu."
Bottke dan pasukannya telah menerbitkan hasilnya dalam jurnal itu Sains.
Para penyelidik bermula dengan teori yang diterima secara meluas tentang bagaimana Bulan kita diciptakan oleh kesan raksasa antara Bumi awal dan badan planet berukuran Mars yang lain. "Ini adalah peristiwa paling trauma yang mungkin pernah dilalui Bumi, dan itulah masanya Bumi dan Bulan mungkin membentuk kedua-duanya," kata Bottke.
Besi berat jatuh ke tengah dua badan, dan unsur-unsur yang sangat digemari siderophile, atau logam, seperti rhenium, osmium platinum, paladium, dan emas semestinya mengikuti besi dan logam lain ke inti selepasnya. dari peristiwa pembentukan Bulan, meninggalkan kerak-kerak berbatu dan mantel badan-badan ini tidak mempunyai unsur-unsur ini.
"Unsur-unsur ini suka mengikuti logam," kata Bottke, "jadi jika logam mengalir ke inti, unsur-unsur ini ingin mengalirkannya. Jadi jika ini betul, apa yang kita harapkan bahawa batuan yang berasal dari mantel kita hampir tidak mempunyai unsur siderophile yang sangat tinggi, mungkin 10 hingga tahap minus 5 atau lebih. Tetapi yang menghairankan, bukan itu yang kita lihat. Mereka hanya kurang dengan faktor kurang dari 200, berbanding dengan yang kita harapkan, faktor 100,000 atau lebih. "
Bottke mengatakan masalah ini telah diperdebatkan sejak tahun 1970-an, dengan pelbagai cadangan bagaimana menjawab masalah tersebut.
"Jawapan yang paling layak adalah bahawa setelah kesan pembentukan Bulan terjadi, ada juga hal-hal lain yang melanda Bumi pada tahap akhir pembentukan planet, objek yang lebih kecil, dan benda-benda yang lebih kecil ini mengisi kembali elemen-elemen ini dan memberi kita banyak jumpa hari ini. Inilah yang kita sebut sebagai pertambahan akhir, ”katanya.
Di Bulan, perkara yang sama berlaku. Tetapi ada masalah dengan senario ini. Nisbah unsur-unsur ini di Bumi berbanding dengan batu di Bulan adalah sekitar 1000 hingga 1.
"Penampang gravitasi Bumi kira-kira 20 kali dari Bulan," kata Bottke, "Jadi untuk setiap objek yang melanda Bulan, kira-kira dua puluh seharusnya menghantam Bumi. Dan sekiranya pertambahan yang lewat memberikan unsur-unsur ini, anda seharusnya mempunyai nisbah sekitar 20 hingga 1. Tetapi bukan itu yang kita lihat - kita melihat nisbah 1000 hingga 1. "
Bottke - ahli dinamika planet - membincangkannya dengan rakan sekerja David Nesvorny, juga dari SWRI, serta model geofizik-geokimia, seperti Richard Walker dari University of Maryland, James Day dari University of Maryland, dan Linda Elkins-Tanton dari Institut Teknologi Massachusetts.
Mereka datang dengan model komputer yang sepertinya memberikan jawapan.
"Dengan bermain rolet dengan benda-benda ini, saya mendapati bahawa sangat kerap Bumi terkena impak besar yang tidak akan pernah dilihat oleh Bulan," kata Bottke. "Hasil ini menunjukkan bahawa benda-benda yang memukul Bumi dan Bulan pada akhir masa pembentukan planet ini didominasi oleh benda-benda yang sangat besar."
Model ini meramalkan bahawa yang terbesar dari penghambat terakhir di Bumi, dengan diameter 2.400 - 3.200 km (1.500-2.000 batu), sementara yang untuk Bulan, pada jarak sekitar 240 - 320 km.
Bottke menyebutnya sebagai hasil yang "comel" - tetapi mereka memerlukan lebih banyak bukti sokongan. Oleh itu, mereka melihat populasi terakhir yang masih hidup dari benda-benda yang membina planet-planet, tali pinggang asteroid dalaman. "Anda menjumpai asteroid besar seperti Ceres, Vesta dan Pallas" kata Bottke, jadi ada yang besar pada jarak 500 hingga 900 km, tetapi kemudian asteroid terbesar anda yang seterusnya hanya sejauh 250 km. Ini sesuai dengan ukuran model kami, "di mana tidak ada asteroid dengan ukuran" di antara "yang terlihat di wilayah ini.
Seterusnya, mereka melihat Marikh, yang mempunyai beberapa lembangan berimpak yang sangat besar yang mungkin tersisa dari zaman ketika planet ini terbentuk, termasuk Borealis Basin, yang begitu besar sehingga mungkin menyebabkan perbezaan di belahan bumi utara dan selatan di Planet Merah.
"Kami melihat dan memproyeksikan ukuran impactors yang akan membuat baskom impak tersebut dan kami melihat taburan ukurannya hampir sama seperti yang diramalkan untuk Bumi dan Bulan, dan juga apa yang terdapat di tali pinggang asteroid dalam.
Oleh itu, semua perkara itu bersama - asas teoritis, bukti pemerhatian dari unsur-unsur di Bumi dan Bulan, dan impak ke Marikh secara kolektif mengatakan sesuatu mengenai taburan ukuran objek menjelang akhir pembentukan planet.
Dan apakah implikasinya?
"Kami dapat membuat ramalan untuk apa yang memukul Bumi, Bulan dan Marikh pada waktu itu, dan mereka sesuai dengan apa yang kita lihat di permukaan," kata Bottke. "Di Marikh kita dapat memainkan permainan dari mana proyektil terbesar yang seharusnya melanda Mars, dan itu sesuai dengan ukuran lembangan besar yang terbentuk di Marikh, dan juga menghasilkan banyak elemen yang kita lihat di sana."
"Untuk Bulan, benturan terbesar adalah 250-300 km, yang berukuran kira-kira ukuran lembangan Aiken kutub selatan," lanjut Bottke. "Untuk Bumi, impak besar ini menjelaskan mengapa sebilangan impak ini berjaya melanda Bumi dan tidak semua elemen masuk ke teras Bumi."
Bottke mengatakan bahawa menambah komplikasi, beberapa kesan terbesar sebenarnya mungkin telah membajak melalui Bumi dan benar-benar keluar dari sisi lain - dalam keadaan yang sangat terfragmentasi - dan turun kembali ke Bumi. "Jika ini benar, ini menyediakan cara untuk menyebarkan serpihan ke seluruh Bumi," katanya, "tetapi bagaimana puing-puing disebarkan di seluruh planet adalah persoalan yang sangat menarik. Bahagian itu memerlukan lebih banyak kerja dan kini hanya berada di tepi apa yang boleh kita lakukan secara berangka. "
Ketika datang ke air di bahagian dalam Bulan - yang dulunya dianggap kering, tetapi ukuran sampel baru-baru ini, bagaimanapun, menunjukkan bahawa kandungan air di mantel lunar adalah antara 200 hingga beberapa ribu bahagian per miliar - model Bottke juga dapat mengatasi hal ini isu.
"Jika benar," tim menulis dalam makalah mereka, "ada kemungkinan bahawa proyektil yang sama yang menyampaikan sebagian besar HSE Bulan juga telah memberikannya air .... Peningkatan akhir memberikan penjelasan alternatif sekiranya air mantel bulan tidak dapat berpindah dari kesan pasca-gergasi Bumi ke Bulan yang tumbuh melalui cakera protolunar yang panas dan banyak menguap. "
Mengenai mengapa proyektil yang lebih kecil menghantam Bulan dibandingkan dengan Bumi, Bottke mengatakan itu hanyalah permainan angka. "Kita mulakan dengan populasi yang mempunyai sejumlah besar, besar dan menengah," katanya. "Dan kami secara rawak memilih proyektil dari populasi itu dan untuk setiap lelaki besar yang memukul Bulan, 20 menghantam Bumi. Dan kami memainkan permainan itu, dan jika jumlah proyektilnya terhad, jika Bulan hanya terkena sekali atau dua kali dari populasi ini, itu bermakna Bumi terkena 20-30 kali, itu cukup untuk memberi kita - pada kebanyakan kesempatan - apa yang kita lihat. "
Bottke mengatakan bahawa penyelidikan ini memberinya kesempatan untuk bekerja dengan ahli geokimia, “yang mempunyai banyak hal menarik untuk dikatakan yang membantu mengekang proses yang menyebabkan pembentukan planet. Masalahnya ialah kadangkala mereka mempunyai maklumat yang bagus tetapi mereka tidak mempunyai proses dinamik yang dapat berfungsi. Oleh itu, dengan bekerjasama, saya fikir kami dapat menghasilkan beberapa hasil yang menarik. "
"Perkara yang paling menggembirakan bagi saya adalah kita harus dapat menggunakan kelimpahan yang ada di Bumi, Bulan dan Marikh untuk benar-benar menceritakan kisah tentang pembentukan planet," kata Bottke.
Sumber: Sains, temu ramah telefon dengan Bottke
