Wczesny Układ Słoneczny był dość chaotycznym miejscem, a Marsa najprawdopodobniej masowo bombardowały planetozymale – małe protoplanety o średnicy do tysiąca kilometrów. Naukowcy z Southwest Research Institute modelują proces mieszania się różnych materiałów związanych z tymi zderzeniami. Dowodzą, że Czerwona Planeta mogła formować się znacznie dłużej niż dotychczas sądzono.
Ważnym otwartym zagadnieniem w nauce o planetach jest ustalenie, w jaki sposób powstał Mars i do jakiego stopnia na jego wczesną ewolucję miały wpływ kosmiczne zderzenia. Trudno jest dziś jednak odpowiedzieć na to pytanie, bowiem miliardy lat historii systematycznie usuwały dowody tych wczesnych zdarzeń uderzeniowych. Na szczęście część tego procesu ewolucji została zarejestrowana w marsjańskich meteorytach. Z około 61 000 meteorytów znalezionych na Ziemi, około 200 uważa się za pochodzące z Marsa. Zostały one wyrzucone z Czerwonej Planety właśnie w wyniku niedawnych zderzeń.
Meteoryty te wykazują duże różnice w zawartości metali, takich jak na przykład wolfram i platyna, mających umiarkowane do wysokiego związki z żelazem. Pierwiastki te mają tendencję do migracji z płaszcza planety do jej centralnego żelaznego jądra podczas jej formowania się. Dowody na istnienie tych pierwiastków w płaszczu marsjańskim, zebrane dzięki badaniom meteorytów, są ważne, ponieważ wskazują też na to, że Mars został zbombardowany przez planetozymale już w jakiś czas po zakończeniu pierwotnego formowania się jego jądra. Badanie składu izotopów poszczególnych pierwiastków wytwarzanych lokalnie w płaszczu, z pomocą procesów rozpadu promieniotwórczego, pomaga naukowcom zrozumieć, kiedy właściwie zakończyło się formowanie się danej planety.
Wiedzieliśmy, że Mars otrzymał pierwiastki takie jak platyna i złoto już w rezultacie wczesnych, dużych zderzeń. Aby zbadać ten proces, przeprowadziliśmy symulacje tzw. zderzeń hydrodynamicznych cząstek wygładzonych – mówi dr Simone Marchi, główny autor artykułu w „Science Advances”, opisującego te wyniki. W oparciu o nasz model wnioskujemy, że wczesne zderzenia powodowały powstanie heterogenicznego płaszcza marsjańskiego przypominającego ciasto marmurkowe. Wyniki te sugerują, że nasza dotychczasowa wizja procesów formacji Marsa mogła być nie do końca prawdziwa z powodu ograniczonej liczby meteorytów dostępnych do tego rodzaju badań.
Na podstawie stosunków zawartości izotopów wolframu w marsjańskich meteorytach dowodzono dawniej, że Mars gwałtownie rósł w ciągu około 2-4 milionów lat po rozpoczęciu tworzenia się Układu Słonecznego. Jednak wiemy teraz, że duże wczesne zderzenia mogły zmienić równowagę izotopową wolframu, co może rozciągnąć skalę czasową powstawania Marsa do 20 milionów lat, jak pokazuje nowy model.
Zderzenia z obiektami na tyle dużymi, że one same mogły mieć własne jądra i płaszcze, mogą doprowadzić do utworzenia niejednorodnej mieszanki tych materiałów we wczesnym płaszczu marsjańskim – mówi współautor pracy Robin Canup, zastępca wiceprezesa działu nauki i inżynierii kosmicznej SwRI. Może to dawać nam inne wyniki dla czasów formowania się Marsa niż te oparte na założeniu, że wszystkie te ciała były raczej małe i jednorodne.
Marsjańskie meteoryty, które wylądowały na Ziemi, prawdopodobnie pochodzą z zaledwie kilku miejsc na całej planecie. Nowe badania pokazują, że płaszcz marsjański mógł otrzymywać różne dodatki materiałów na skutek zderzeń, co prowadziło do różnych stężeń pierwiastków metalicznych.
Następne generacje misji na Marsa, w tym plany przywiezienia jego próbek z powrotem na Ziemię, dostarczą zapewne nowych informacji na temat różnych zawartości pierwiastków w skałach marsjańskich oraz wczesnej ewolucji Czerwonej Planety.
Aby w pełni zrozumieć Marsa, musimy najpierw pojąć znaczenie najwcześniejszych i najbardziej energetycznych zderzeń dla jego ewolucji i składu – podsumowuje Marchi.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Publikacja naukowa „A compositionally heterogeneous Martian mantle due to late accretion”, „Science Advances”, luty 2020.
- Więcej o astronomii i fizyce w Southwest Research Institute
Źródło: Southwest Research Institute
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji:Zespół naukowy z Southwest Research Institute przeprowadził wysokiej rozdzielczości symulacje wczesnego formowania się jądra i płaszcza Marsa. Cząstki jądra i płaszcza reprezentują odpowiednio brązowe i zielone kulki, wskazujące na lokalne stężenia materiałów asymilowanych przez płaszcz marsjański. Źródło: Southwest Research Institute.
