Mars ist ein kleiner Planet. Tatsächlich ist der Planet für Wissenschaftler, die Sonnensystemmodelle erstellen, der Planet zu klein. "Jeder, der Simulationen macht, wie man terrestrische Planeten bildet, hat immer einen Mars, der fünf- bis zehnmal größer ist als im wirklichen Leben." Minton hat zusammen mit seinem Kollegen Dr. Hal Levison neue Simulationen erstellt, die die geringe Größe des Mars erklären, indem sie den Effekt der sogenannten planetesimalgetriebenen Migration berücksichtigen. Außerdem können kleine Objekte, die Minton „Marstinis“ nennt, sich rühren oder schütteln unsere Vorstellungen über das frühe Sonnensystem und das späte schwere Bombardement.
Planetenforscher sind sich einig, dass sich die terrestrischen Planeten in den ersten 50 bis 100 Millionen Jahren der Geschichte des Sonnensystems sehr schnell gebildet haben und dass sich unser Mond zu einem bestimmten Zeitpunkt während eines Aufpralls zwischen einem marsgroßen Objekt und der Proto-Erde gebildet hat. Viel später kam es zum späten schweren Bombardement, dem Zeitraum, in dem sich innerhalb einer Zeitspanne von nur siebzig Millionen Jahren eine große Anzahl von Einschlagkratern auf dem Mond bildete - und folglich wurden wahrscheinlich auch Erde, Merkur, Venus und Mars getroffen.
Die meisten Planetenbildungstheorien können diese intensive Bombardierungsperiode so spät in der Geschichte des Sonnensystems nicht erklären, aber Levison war Teil eines Teams, das 2005 das Modell von Nizza vorschlug, das vorschlug, wie das späte schwere Bombardement ausgelöst wurde, als die Riesenplaneten - die sich in einer kompakteren Konfiguration bildeten - wanderten schnell voneinander weg (und ihre Umlaufbahnabstände nahmen alle zu), und eine Scheibe kleiner „Planetesimale“, die außerhalb der Umlaufbahnen der Planeten lag, wurde destabilisiert, was zu einer plötzlichen massiven Abgabe dieser Planeten führte Planetesimale - Asteroiden und Kometen - zum inneren Sonnensystem.
Dem Modell zufolge haben Planetesimale aber wahrscheinlich auch die Migration der Planeten verursacht. Die Planeten bildeten sich aus einer riesigen Scheibe aus Gas, Staub, felsigen Trümmern und Eis, die die frühe Sonne umgab. Trümmer verschmolzen zu größeren Objekten in Planetengröße, und Simulationen zeigen, dass größere Objekte in Planetengröße, die in eine Scheibe kleinerer Objekte eingebettet sind, aufgrund des Drehimpulses und der Energieeinsparung wandern, wenn die Planeten die Planetesimalen streuen, denen sie begegnen.
"Störungen durch kleine felsige oder eisige Objekte, die ein größeres Objekt umgeben, können dazu führen, dass das größere Objekt entlang der Scheibe" rutscht "", sagte Minton gegenüber dem Space Magazine. „Jedes Mal, wenn diese kleinen Planetesimalen auf das größere Objekt treffen, verursachen sie tatsächlich einen kleinen Schubser in der Position des größeren Objekts. Es stellt sich heraus, dass Sie tatsächlich eine Nettobewegung des großen Körpers verursachen können, wenn Sie die Mathematik ausarbeiten, wenn es ein leichtes Ungleichgewicht zwischen der Anzahl der Objekte gibt, die auf der Sonnenseite und der Anti-Sonnenseite begegnen es geht eigentlich ziemlich schnell. “
Minton und Levison haben die gleiche Physik der planetesimalgetriebenen Migration auf die Bildung der terrestrischen Planeten angewendet.
"Stellen Sie sich im Fall des Mars diese planetarischen Embryonen vor, die sich in der Erde-Venus-Zone befinden", sagte Minton. „Dann wächst ein kleiner Embryo, der marsgroß wird, und er würde aufgrund der planetesimalgetriebenen Migration zu migrieren beginnen und sich von den anderen Jungs entfernen. Also hat es das Rudel verlassen und wenn es sich durch die Festplatte bewegt, wird es von dem Ort gestrandet, an dem die ganze Aktion stattfindet. “
Das Wachstum des Mars blieb also bei seiner derzeitigen Größe stehen, weil es von den Baumaterialien des Planeten wegwanderte.
Minton sagte, dass ihre Simulationen dieser Arbeit wirklich gut sind.
"Wir haben viel nachgerechnet und die Migration ist ziemlich schnell", sagte er, "und der Mars könnte durch die Scheibe wandern, bevor sich ein anderer Planet in Marsgröße bilden könnte. In einem frühen Sonnensystem, in dem ein Mars mit 1,5 AE am Rand der Scheibe gestrandet ist, wo er sich gerade befindet und alle anderen Aktionen in der Erde-Venus-Zone stattfinden, konnten Erde und Venus dies wachsen auf die Größe, die sie jetzt sind, wo sie ungefähr die gleiche Größe und Masse haben und der Mars alleine gestrandet ist. “
Und mit dem Mars gibt es eine Wendung von Marstinis, die eine alternative Erklärung für das späte schwere Bombardement bieten könnte.
Der wandernde Mars könnte Planetesimale in seiner Resonanz aufgenommen haben, bei denen zwei oder mehr umlaufende Körper einen Gravitationseinfluss aufeinander ausüben.
"Es ist überhaupt nicht offensichtlich, warum das so ist", sagte Minton, "aber es wird angenommen, dass dasselbe im äußeren Sonnensystem passiert ist, was Pluto seine Umlaufbahn gegeben hat." Wir glauben, dass Pluto tatsächlich in der 3: 2-Resonanz mit Neptun aufgenommen wurde, als Neptun auswanderte, und deshalb leben Pluto und die anderen „Plutinos“ in diesen Resonanzen mit Neptun. “
Die Plutinos sind andere Objekte des Kuipergürtels in der Nähe von Pluto. Diese Resonanz bedeutet, dass Pluto und die Plutinos dreimal alle zwei Male um die Sonne gehen, was Neptun tut. Es gibt auch Zwei-Tinos, die in einer 1: 2-Resonanz mit Neptun gefangen sind - und die sich am äußeren Rand des Kuipergürtels befinden. Die neuen Simulationen zeigen, dass diese Resonanzlinien fast wie ein Schneepflug sind, und als Neptun herauswanderte, nahm er all diese kleinen eisigen Körper auf, Pluto und die Plutinos.
Dies hätte auch dem Mars passieren können, und als der Mars durch die Scheibe wanderte, hätte er auch kleine Objekte aufgenommen.
"Ich habe beschlossen, diese Marstinis anzurufen, um das Thema Plutino und Two-Tino beizubehalten", sagte Minton mit einem Grinsen. "Ich weiß nicht, ob das so bleibt oder nicht."
Aber das Interessante an den Marstinis, sagte Minton, ist, dass eine 3: 2-Resonanz mit dem Mars tatsächlich eine sehr instabile Zone ist.
"Es gibt dort tatsächlich eine Resonanz mit Saturn, die nur in der Zeit des späten schweren Bombardements existierte", sagte er, "also war Saturn - wir denken - vorher in einer anderen Position, also war diese besondere Resonanz in einer anderen Position." . Erst nachdem die Riesenplaneten an ihren aktuellen Standort gewandert waren, wurde dieser Resonanzort instabil. Wir glauben also, dass diese Marstinis stabil gewesen wären und in dieser Zwischenzeit zwischen dem Ende der Planetenbildung und dem späten schweren Bombardement wurde diese Region plötzlich instabil, als die Planeten ihre Positionen an ihre aktuellen Standorte verlagerten. “
Könnten die Marstinis also für das späte schwere Bombardement verantwortlich sein?
"Diese Marstinis wurden vom Planeten vertrieben und bildeten Regionen zum Asteroidengürtel", sagte Minton. "Dann wanderten plötzlich die Planeten und diese ganze Region wurde instabil und so hätten sie alle in das innere Sonnensystem und in das innere Sonnensystem fliegen können." am Ende den Mond treffen. "
Es gibt noch ein paar andere Argumente, bei denen die Marstinis zum Profil dessen passen, was den Mond während des späten schweren Bombardements getroffen hat.
"Wir haben Grund zu der Annahme, dass die Objekte, die den Mond während des späten schweren Bombardements getroffen haben, wie Asteroiden waren, aber nicht genau wie die Asteroiden, die wir jetzt haben", sagte Minton. "Es gibt also einige chemische Argumente, die Sie vorbringen können, und Sie können auch einige Argumente aus den Aufprallwahrscheinlichkeiten vorbringen, die möglicherweise nicht genug Masse im Asteroidengürtel hatten, um alle Asteroiden und Einschläge zu versorgen, die wir auf dem Mond sehen."
Aber es gibt noch andere offene Fragen, wie lange das späte schwere Bombardement dauerte, als es begann, waren Kometen jemals wichtig in der Bombardierungsgeschichte des Mondes oder waren es nur Asteroiden? Minton sagte, eine weitere Erforschung des Mondes würde viele dieser Fragen beantworten.
„Das sind alles Dinge, die wir wirklich brauchen, um zum Mond zu gehen, um es herauszufinden, und es gibt fast nirgendwo anders, wo man es tun kann. Es ist wirklich einer der besten Orte, um die gesamte Geschichte des Sonnensystems zu verstehen.
Minton wird seine Ergebnisse auf der bevorstehenden Lunar and Planetary Science Conference im März 2011 vorstellen.
Sie können sich ein Interview anhören, das ich mit Minton über planetesimalgetriebene Migration für den Podcast des NASA Lunar Science Institute (auch an den 365 Tagen der Astronomie verfügbar) geführt habe.
