Przejdź do treści

Kosmiczne zderzenia, które zmieniły historię Wenus

Symulacja komputerowa zderzenia planetarnego

Ziemia i Wenus są podobne pod wieloma względami. Mają zbliżone rozmiary, masy i gęstości, i znajdują się w stosunkowo podobnej odległości od Słońca. Jednak niektóre kluczowe różnice, takie jak możliwość istnienia życia, skład atmosfery i tektonika płyt, wciąż pozostają niewyjaśnione.

Uważa się, że planety typu ziemskiego w Układzie Słonecznym powstały w wyniku gwałtownych zderzeń dziesiątek protoplanet o rozmiarach od Księżyca do Marsa. Stało się to około 200 milionów lat po rozproszeniu dysku gazu protoplanetarnego. 

Protoplanety to obiekty astronomiczne będące wczesnym stadium rozwoju planety, która jeszcze nie zakończyła wzrostu swojej masy i rozmiarów. Nie jest to ściśle zdefiniowany termin. Średnice protoplanet wahają się od 100 do 10 000 km. Protoplanety tworzą się w początkowym okresie formowania układu planetarnego i przekształcają w planety bądź zatrzymują w rozwoju, stając się dużymi planetoidami. Są dostatecznie duże, aby siłą własnej grawitacji przyciągać ziarna materii, które mają średnice rzędu centymetrów, i planetozymale, czyli ciała o rozmiarach pośrednich między ziarnami a protoplanetami.

Gazowe i lodowe olbrzymy uformowały się dość szybko podczas fazy dysku protoplanetarnego, a po jego rozproszeniu migrowały, czyli przesuwały się do lub od Słońca poprzez interakcje z planetozymalami dysku zewnętrznego. Uważa się, że mniej niż 100 milionów lat po tym rozproszeniu Jowisz zbliżył się do ciała niebieskiego wielkości planety. W rezultacie przeskoczył do środka Układu Słonecznego o około 0,2–0,5 jednostki astronomicznej, lądując na swojej obecnej, umiarkowanie ekscentrycznej orbicie. 

Symulacje komputerowe, które odtwarzają oddziaływania między protoplanetami i planetozymalami, pokazują, że ta roszada nie mogła pozostać bez wpływu na formowanie się planet typu ziemskiego. Jedną z jej konsekwencji były rezonanse grawitacyjne, które usunęły planetozymale z okolic 1,5 jednostki astronomicznej. Spowodowało to gwałtowny spadek tempa akrecji planetozymali na większe obiekty i zahamowanie wzrostu Marsa.

Przewidywane przez symulacje komputerowe potężne zderzenia Wenus z drobniejszymi ciałami Układu Słonecznego mogą wyjaśnić, skąd biorą się tak wielkie różnice między Wenus a jej skalistą siostrzaną planetą, Ziemią.

Animacja pokazuje symulację komputerową potężnego zderzenia planetarnego. W obliczeniach użyto 100 milionów cząstek. Kolory oddają energię wewnętrzną tych cząstek, która jest wskaźnikiem ich temperatury. Źródło: dr Jacob Kegerreis, Uniwersytet w Durham.

Na początku istnienia Układu Słonecznego zderzenia między budującymi go ciałami były bardzo energetyczne ponieważ rozmiary i prędkości zderzających się ciał były bardzo duże. Zderzenie planety z obiektem o średnicy ponad kilkuset kilometrów mogło mieć wpływ na głębokie wnętrze tej planety, jej powierzchnię i atmosferę, czyli zasadniczo na wszystko, co dotyczy planety.

Zderzenia, których doświadczała Wenus podczas późnej fazy akrecyjnej, czyli około 4,5 do 4,0 miliarda lat temu, mogły zachodzić ze znacznie większą prędkością niż te, do których dochodziło na Ziemi. Ponad jedna czwarta zderzeń z Wenus mogła mieć prędkości co najmniej 30 kilometrów na sekundę, czyli około 100 tysięcy kilometrów na godzinę! Tak potężne uderzenia w Wenus mogły doprowadzić do całkowitego stopienia płaszcza tej planety.

Symulacja komputerowa zderzenia planetozymala z Wenus

Na ilustracji: Symulacja komputerowa pokazująca dużego planetozymala uderzającego w planetę podobną do Wenus. Panele środkowe i prawe pokazują Wenus 1 godzinę i 11 godzin po uderzeniu. Kolory wskazują temperaturę, jak podane w legendzie. Źródło: Southwest Research Institute/Simone Marchi i Raluca Rufu.

Nawet jeśli doszło do tylko jednego tak dramatycznego zderzenia, miałoby ono potencjał, aby przerwać i zasadniczo zresetować ewolucję całej planety. Wenus mogła w kilka chwil zmienić się z litego, skalistego ciała w masę stopionej materii, co zmieniłoby mineralogię i fizyczną strukturę wnętrza i powierzchni planety. Każda wcześniej istniejąca atmosfera zostałaby w dużej mierze zdmuchnięta i zastąpiona lotnymi gazami wydobywającymi się z roztopionego materiału.

Pojedyncze zderzenie z dużą prędkością mogło ostatecznie zadecydować o możliwości uformowania się płyt tektonicznych, co jest ważnym aspektem możliwości powstania i trwania życia na planecie. To mogło być powodem, dla którego Wenus i Ziemia znalazły się na rozbieżnych ścieżkach ewolucyjnych, co doprowadziło Wenus do obecnej postaci: planety o powierzchni jałowej i suchej, przykrytej atmosferą o ciśnieniu około 90 razy większym od ziemskiego i temperaturze dwa razy wyższej niż w piekarniku (około 500oC). 

Te kolizje były odpowiedzialne za ukształtowanie Układu Słonecznego. Bez tych procesów żylibyśmy w zupełnie innym środowisku i być może nie byłoby nas tutaj. Aby lepiej zrozumieć naszą historię, trzeba wyjaśnić, jak duża część naszej planety została ukształtowana przez te wczesne, gwałtowne wydarzenia.
 

Więcej informacji:


Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz

Na ilustracji: Uderzenie (wstawka) i jego następstwa (zdjęcie główne) w symulacji 3D ogromnego zderzenia planetarnego. W obliczeniach użyto 100 milionów cząstek. Kolory oddają energię wewnętrzną tych cząstek, która jest wskaźnikiem ich temperatury. Źródło: dr Jacob Kegerreis, Uniwersytet w Durham.

Reklama