Uno dei problemi fondamentali nella scienza planetaria è cercare di determinare come si sono formati ed evoluti i corpi planetari nel sistema solare interno. Un nuovo modello di computer suggerisce che enormi oggetti - alcuni grandi come oggetti di Cintura di Kuiper come Plutone ed Eris - probabilmente hanno colpito la Terra, la Luna e Marte durante le ultime fasi della formazione planetaria, portando metalli pesanti sulle superfici planetarie. Questo modello - creato da vari ricercatori provenienti da tutto il Lunar Science Institute della NASA - affronta sorprendentemente molti enigmi diversi nel Sistema Solare, come il modo in cui la Terra potrebbe trattenere gli amanti del metallo, elementi come l'oro e il platino trovati nel suo mantello, come l'interno del La luna potrebbe effettivamente essere bagnata e la strana distribuzione nelle dimensioni degli asteroidi.
"La maggior parte delle prove di ciò che è accaduto durante le ultime fasi della formazione planetaria sono state cancellate nel tempo", ha affermato Bill Bottke del Southwest Research Institute, che ha guidato il gruppo di ricerca. "La traccia che abbiamo seguito su questi mondi è piuttosto fredda e riuscire a estrarre più informazioni da ciò che abbiamo e poter rispondere ad alcuni problemi di vecchia data è piuttosto eccitante".
Bottke ha detto a Space Magazine che la storia raccontata da questo nuovo modello "non è così complicata come sembra a prima vista", ha detto. "Comprende molti concetti insieme e alcuni dei concetti sono in circolazione da un po '."
Bottke e il suo team hanno pubblicato i loro risultati sul diario Scienza.
I ricercatori hanno iniziato con la teoria ampiamente accettata di come la nostra Luna sia stata creata da un impatto enorme tra la Terra primordiale e un altro corpo planetario delle dimensioni di Marte. "Questo è stato l'evento più traumatico che la Terra abbia probabilmente mai vissuto, e quello era il momento in cui presumibilmente la Terra e la Luna hanno formato entrambi i loro nuclei", ha detto Bottke.
Il ferro pesante cadde al centro dei due corpi, e i cosiddetti elementi altamente siderofili o amanti del metallo, come renio, osmio platino, palladio e oro avrebbero dovuto seguire il ferro e altri metalli fino al midollo in seguito dell'evento che forma la Luna, lasciando le croste rocciose e i mantelli di questi corpi privi di questi elementi.
"Questi elementi adorano seguire il metallo", ha detto Bottke, "quindi se il metallo viene drenato nel nocciolo, questi elementi vorrebbero drenare con loro. Quindi, se questo è giusto, quello che ci aspetteremmo che le rocce derivate dal nostro manto non abbiano quasi elementi altamente siderofili, forse da 10 a meno il 5 ° livello o giù di lì. Ma sorprendentemente, non è quello che vediamo. Sono solo meno abbondanti di un fattore inferiore a 200, rispetto a quello che ci aspetteremmo, un fattore di circa 100.000 ".
Bottke ha affermato che questo problema è stato discusso sin dagli anni '70, con vari suggerimenti su come rispondere al problema.
"La risposta più praticabile è che dopo che la Luna ha avuto un impatto, ci sono state anche altre cose che hanno colpito la Terra durante le fasi avanzate della formazione del pianeta, oggetti più piccoli e questi oggetti più piccoli hanno riempito questi elementi e ci hanno dato l'abbondanza che vedi oggi. Questo è ciò che chiamiamo accrescimento tardivo ”, ha affermato.
Sulla Luna stava succedendo le stesse cose. Ma c'era un problema con questo scenario. Il rapporto di questi elementi sulla Terra rispetto alle rocce sulla Luna è di circa 1000 a 1.
"La sezione gravitazionale della Terra è circa 20 volte quella della Luna", ha detto Bottke, "Quindi per ogni oggetto che ha colpito la Luna, una ventina avrebbe dovuto colpire la Terra. E se la crescita tardiva fornisse questi elementi, dovresti avere un rapporto di 20 a 1. Ma non è quello che vediamo: vediamo un rapporto 1000 a 1 ".
Bottke - un dinamacista planetario - ne ha discusso con il collega David Nesvorny, anche lui della SWRI, nonché con modellisti geofisico-geochimici, come Richard Walker dell'Università del Maryland, James Day dell'Università del Maryland e Linda Elkins-Tanton della Istituto di Tecnologia del Massachussetts.
Hanno escogitato un modello al computer che sembrava fornire una risposta.
"Giocando alla roulette con questi oggetti, ho scoperto che molto spesso la Terra veniva colpita da enormi impattatori che la Luna non avrebbe mai visto", ha detto Bottke. "Questo risultato suggerisce che le cose che colpiscono la Terra e la Luna alla fine del periodo di formazione del pianeta erano dominate da oggetti molto grandi."
Il modello prevedeva che il più grande degli impattatori tardivi sulla Terra, a 2.400 - 3.200 km (1.500-2.000 miglia) di diametro, mentre quelli per la Luna, a circa 240 - 320 km.
Bottke lo definì un risultato "carino", ma avevano bisogno di ulteriori prove a sostegno. Quindi, hanno dato un'occhiata all'ultima popolazione sopravvissuta delle cose che hanno costruito i pianeti, la cintura interna degli asteroidi. "Trovi grandi asteroidi come Cerere, Vesta e Pallas", ha detto Bottke, quindi ce ne sono di grandi tra 500 e 900 km, ma poi i tuoi prossimi asteroidi più grandi sono solo circa 250 km. Ciò si è abbinato alle dimensioni che il nostro modello ha inventato ", in cui non si osservano asteroidi con dimensioni" intermedie "in questa regione.
Successivamente, hanno esaminato Marte, che ha alcuni bacini di impatto molto grandi che sono probabilmente rimasti dai giorni in cui il pianeta si è formato, incluso il bacino Boreale, che è così grande che probabilmente spiega le differenze negli emisferi nord e sud su il pianeta rosso.
“Abbiamo osservato e proiettato le dimensioni dei dispositivi di simulazione che avrebbero creato quei bacini di impatto e abbiamo visto che la distribuzione delle dimensioni era molto simile a quanto previsto per la Terra e la Luna, e anche ciò che si trova nella cintura interna degli asteroidi.
Quindi tutte queste cose insieme - la base teorica, l'evidenza osservativa degli elementi sulla Terra e sulla Luna e gli impatti su Marte dicono collettivamente qualcosa sulla distribuzione delle dimensioni degli oggetti verso la fine della formazione planetaria.
E quali sono le implicazioni?
"Potremmo fare previsioni su ciò che stava colpendo la Terra, la Luna e Marte in quel momento, e si allineano con ciò che vediamo in superficie", ha detto Bottke. "Su Marte possiamo giocare a quello che è il più grande proiettile che avrebbe dovuto colpire Marte, e si abbina bene con le dimensioni di quel grande bacino che si è formato su Marte, e ha anche prodotto l'abbondanza di elementi che vediamo lì."
"Per la Luna, i maggiori impattatori sarebbero 250-300 km, che sono circa le dimensioni del bacino del polo sud di Aiken", ha continuato Bottke. "Per la Terra, questi grandi impattatori spiegano perché alcuni di questi impatti sono riusciti a colpire la Terra e non tutti gli elementi sono andati nel nocciolo della Terra."
Bottke ha detto che aggiungendo alle complicazioni, alcuni dei più grandi impatti potrebbero aver attraversato la Terra e in realtà è uscito dall'altra parte - in uno stato molto frammentato - e piovuto sulla Terra. "Se questo è vero, questo fornisce un modo per diffondere frammenti lungo tutta la Terra", ha detto, "ma come i detriti vengono ridistribuiti attorno al corpo planetario è una domanda davvero interessante. Quella parte ha bisogno di molto più lavoro ed è semplicemente al limite di ciò che possiamo fare numericamente ”.
Quando si tratta di acqua all'interno della Luna - che una volta si pensava fosse asciutta, ma recenti misurazioni del campione, tuttavia, suggeriscono che il contenuto di acqua nel mantello lunare è compreso tra 200 e diverse migliaia di parti per miliardo - il modello di Bottke potrebbe anche affrontare questo problema.
"Se vero", scrive il team nel loro articolo, "è possibile che lo stesso proiettile che ha consegnato la maggior parte degli HSE della Luna possa averlo fornito anche di acqua ... L'accrescimento tardivo fornisce una spiegazione alternativa nel caso in cui l'acqua del mantello lunare non possa migrare dall'impatto post-gigante della Terra a una Luna in crescita attraverso un disco protolunare caldo e ampiamente vaporizzato. "
Per quanto riguarda il motivo per cui piccoli proiettili colpiscono la Luna rispetto alla Terra, Bottke ha detto che è solo un gioco di numeri. "Iniziamo con una popolazione che ha un certo numero di cose grandi, medie e piccole", ha detto. “E scegliamo casualmente proiettili da quella popolazione e per ogni grande ragazzo che colpisce la Luna, 20 colpiscono la Terra. E giochiamo a quel gioco, e se il numero di proiettili è limitato, se la Luna viene colpita solo una o due volte da questa popolazione, ciò significa che la Terra viene colpita 20-30 volte, questo è sufficiente per darci - nella maggior parte delle occasioni - quello che vediamo. "
Bottke ha detto che questa ricerca gli ha dato la possibilità di lavorare con i geochimici, "che hanno ogni sorta di cose interessanti da dire che aiutano a limitare i processi che hanno portato alla formazione del pianeta. Il problema è che a volte hanno grandi informazioni ma non hanno un processo dinamico che può funzionare. Quindi, lavorando insieme, penso che siamo stati in grado di ottenere alcuni risultati interessanti. "
"La cosa più eccitante per me è che dovremmo essere in grado di usare queste abbondanze che abbiamo sulla Terra, sulla Luna e su Marte per raccontare davvero la storia sulla formazione del pianeta", ha detto Bottke.
Fonti: Scienza, intervista telefonica con Bottke
