หนึ่งในปัญหาพื้นฐานในวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์กำลังพยายามตรวจสอบว่าร่างกายของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะชั้นในก่อตัวและวิวัฒนาการอย่างไร คอมพิวเตอร์รุ่นใหม่แสดงให้เห็นว่าวัตถุขนาดใหญ่ - บางชิ้นมีขนาดใหญ่เท่ากับวัตถุแถบไคเปอร์ขนาดใหญ่เช่นพลูโตและเอริส - มีแนวโน้มที่จะกระแทกโลก, ดวงจันทร์และดาวอังคารในช่วงท้ายของการก่อตัวดาวเคราะห์ซึ่งนำโลหะหนักมายังพื้นผิวดาวเคราะห์ โมเดลนี้สร้างโดยนักวิจัยหลายคนจากทั่วทั้งสถาบันวิทยาศาสตร์ทางจันทรคติของนาซา - ไขปริศนาที่แตกต่างกันมากมายในระบบสุริยะเช่นวิธีที่โลกสามารถรักษาความรักที่เป็นโลหะองค์ประกอบเช่นทองคำและทองคำขาวที่พบในเสื้อคลุมของมัน ดวงจันทร์อาจเปียกจริง ๆ และการกระจายตัวของดาวเคราะห์น้อยขนาดประหลาด
“ หลักฐานส่วนใหญ่ของสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงท้ายของการก่อตัวของดาวเคราะห์ได้ถูกลบไปตามกาลเวลา” Bill Bottke จากสถาบันวิจัยภาคตะวันตกเฉียงใต้ซึ่งเป็นผู้นำทีมวิจัยกล่าว “ เส้นทางที่เราติดตามบนโลกนี้ค่อนข้างหนาวเย็นและสามารถขุดข้อมูลเพิ่มเติมจากสิ่งที่เรามีและสามารถตอบปัญหาที่ยืนยาวได้นั้นน่าตื่นเต้นมาก”
บอตค์บอกกับนิตยสาร Space ว่าเรื่องราวของรุ่นใหม่นี้บอกว่า "ไม่ซับซ้อนอย่างที่เห็นในแวบแรก" เขากล่าว “ มันรวมแนวคิดหลายอย่างเข้าด้วยกันและแนวคิดบางอย่างได้เกิดขึ้นมาชั่วระยะเวลาหนึ่งแล้ว”
บอตค์และทีมของเขาได้ตีพิมพ์ผลงานในวารสาร วิทยาศาสตร์.
นักวิจัยเริ่มต้นด้วยทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าดวงจันทร์ของเราถูกสร้างขึ้นอย่างไรจากผลกระทบอันใหญ่หลวงระหว่างโลกยุคแรกกับตัวดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวอังคารอีกดวง “ นี่เป็นเหตุการณ์ที่เจ็บปวดที่สุดที่โลกอาจเคยผ่านมาและนั่นคือเวลาที่โลกและดวงจันทร์ทั้งคู่ก่อตัวเป็นแกนของมันขึ้นมา” บอร์กกล่าว
เหล็กหนักตกลงไปที่ศูนย์กลางของทั้งสองศพและที่เรียกกันว่า siderophile สูงหรือธาตุโลหะที่เป็นที่รักเช่นเรเดียม, ออสตราแพลตตินั่ม, แพลเลเดียมและทองคำควรตามหลังเหล็กและโลหะอื่น ๆ จากเหตุการณ์ที่ก่อตัวขึ้นบนดวงจันทร์ปล่อยให้เปลือกโลกและเปลือกโลกของวัตถุเหล่านี้เป็นโมฆะขององค์ประกอบเหล่านี้
“ องค์ประกอบเหล่านี้ชอบที่จะติดตามโลหะ” บอตค์กล่าว“ ดังนั้นหากโลหะนั้นไหลไปที่แกนกลางองค์ประกอบเหล่านี้จะต้องการระบายออกไปกับพวกมัน ดังนั้นหากสิ่งนี้ถูกต้องสิ่งที่เราคาดหวังว่าหินที่ได้จากเสื้อคลุมของเราควรจะไม่มีองค์ประกอบ siderophile ที่สูงมากอาจจะเป็น 10 ถึงระดับลบหรือประมาณ 5 แต่น่าแปลกใจที่นั่นไม่ใช่สิ่งที่เราเห็น พวกเขามีความอุดมสมบูรณ์น้อยกว่าโดยมีปัจจัยน้อยกว่า 200 เมื่อเทียบกับสิ่งที่เราคาดหวังซึ่งเป็นปัจจัยที่ 100,000 หรือมากกว่านั้น”
Bottke กล่าวว่าปัญหานี้ได้รับการโต้เถียงมาตั้งแต่ปี 1970 พร้อมคำแนะนำที่หลากหลายเกี่ยวกับวิธีการตอบปัญหา
“ คำตอบที่มีศักยภาพมากที่สุดคือหลังจากที่ดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นแล้วก็มีสิ่งอื่น ๆ ที่กระทบโลกในช่วงปลายของการก่อตัวดาวเคราะห์วัตถุที่เล็กกว่าและวัตถุขนาดเล็กเหล่านี้เติมองค์ประกอบเหล่านี้และทำให้เรามีความอุดมสมบูรณ์ ดูวันนี้ นี่คือสิ่งที่เราเรียกว่าการเพิ่มขึ้นช้า” เขากล่าว
บนดวงจันทร์สิ่งเดียวกันก็เกิดขึ้น แต่มีปัญหากับสถานการณ์นี้ อัตราส่วนขององค์ประกอบเหล่านี้บนโลกเทียบกับก้อนหินบนดวงจันทร์ประมาณ 1,000 ต่อ 1
“ ส่วนแรงดึงดูดของโลกอยู่ที่ประมาณ 20 เท่าของดวงจันทร์” บอตค์กล่าว“ ดังนั้นสำหรับวัตถุทุกชิ้นที่พุ่งเข้าหาดวงจันทร์ประมาณยี่สิบชิ้นน่าจะชนโลก และหากการเพิ่มขึ้นล่าช้าส่งองค์ประกอบเหล่านี้คุณควรมีอัตราส่วนประมาณ 20 ต่อ 1 แต่นั่นไม่ใช่สิ่งที่เราเห็น - เราเห็นอัตราส่วน 1,000 ต่อ 1”
Bottke - นักพลวัตรดาวเคราะห์ - พูดคุยเรื่องนี้กับเพื่อนร่วมงานเดวิด Nesvorny จาก SWRI เช่นเดียวกับผู้สร้างแบบจำลองธรณีฟิสิกส์ - ธรณีเคมีเช่น Richard Walker จาก University of Maryland, James Day จาก University of Maryland และ Linda Elkins-Tanton สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์
พวกเขาสร้างโมเดลคอมพิวเตอร์ที่ดูเหมือนจะให้คำตอบ
“ โดยการเล่นรูเล็ตกับวัตถุเหล่านี้ฉันพบว่าบ่อยครั้งมากที่โลกจะได้รับผลกระทบจากแรงกระแทกขนาดใหญ่ที่ดวงจันทร์ไม่เคยเห็น” Bottke กล่าว “ ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งต่าง ๆ ที่กระทบโลกและดวงจันทร์เมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการก่อตัวดาวเคราะห์นั้นถูกครอบงำด้วยวัตถุที่มีขนาดใหญ่มาก”
แบบจำลองนี้คาดการณ์ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางที่ 2,400 - 3,200 กม. (1,500-2,000 ไมล์) มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ที่สุดในขณะที่ดวงจันทร์มีขนาดประมาณ 240 - 320 กม.
บอตค์เรียกว่าผลลัพธ์ "น่ารัก" แต่พวกเขาต้องการหลักฐานสนับสนุนเพิ่มเติม ดังนั้นพวกเขาจึงดูประชากรสุดท้ายที่ยังมีชีวิตรอดของสิ่งต่าง ๆ ที่สร้างดาวเคราะห์นั่นคือแถบดาวเคราะห์น้อยชั้นใน “ คุณพบดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่เช่นเซเรสเวสต้าและพาลาลัส” บอตค์กล่าวดังนั้นจึงมีดาวเคราะห์ขนาดใหญ่อยู่ที่ 500 ถึง 900 กม. แต่จากนั้นดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ที่สุดถัดไปของคุณจะอยู่ที่ประมาณ 250 กิโลเมตร สิ่งนี้จับคู่กับขนาดที่โมเดลของเราสร้างขึ้นมาซึ่งไม่มีดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาด“ อยู่ระหว่าง” ในภูมิภาคนี้
ถัดไปพวกเขามองไปที่ดาวอังคารซึ่งมีแอ่งกระแทกขนาดใหญ่มากซึ่งอาจหลงเหลือจากวันที่ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นรวมถึงลุ่มน้ำโบเรียลิสซึ่งมีขนาดใหญ่มากมันน่าจะมีความแตกต่างในซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้ ดาวเคราะห์สีแดง
“ เรามองและคาดการณ์ขนาดของตัวรับผลกระทบที่จะสร้างแอ่งกระแทกเหล่านั้นและเราเห็นการกระจายขนาดนั้นคล้ายกับที่คาดการณ์ไว้สำหรับโลกและดวงจันทร์และสิ่งที่พบในแถบดาวเคราะห์น้อยด้านใน
ดังนั้นสิ่งเหล่านั้นทั้งหมดเข้าด้วยกัน - พื้นฐานทางทฤษฎีหลักฐานเชิงสังเกตการณ์จากองค์ประกอบบนโลกและดวงจันทร์และผลกระทบต่อดาวอังคารรวมกล่าวว่าบางสิ่งบางอย่างเกี่ยวกับการกระจายขนาดของวัตถุไปยังจุดสิ้นสุดของการก่อตัวของดาวเคราะห์
แล้วความหมายคืออะไร?
“ เราสามารถคาดการณ์สิ่งที่กระทบโลกดวงจันทร์และดาวอังคารในเวลานั้นและพวกเขาสอดคล้องกับสิ่งที่เราเห็นบนพื้นผิว” บอตต์กล่าว “ บนดาวอังคารเราสามารถเล่นเกมที่มีขีปนาวุธที่ใหญ่ที่สุดที่ควรจะโดนดาวอังคารและมันเข้ากันได้ดีกับขนาดที่อ่างใหญ่ที่ก่อตัวขึ้นบนดาวอังคารและผลิตองค์ประกอบมากมายที่เราเห็นที่นั่น”
“ สำหรับดวงจันทร์ผู้กระทบที่ใหญ่ที่สุดจะอยู่ที่ 250-300 กม. ซึ่งมีขนาดประมาณแอ่งขั้วโลกใต้ Aiken” บอตต์กล่าวต่อ “ สำหรับโลกสิ่งกระทบขนาดใหญ่เหล่านี้อธิบายว่าทำไมผลกระทบเหล่านี้บางอย่างจึงสามารถโจมตีโลกได้และองค์ประกอบบางส่วนไม่ได้เป็นส่วนสำคัญของโลก”
บอตค์กล่าวว่าการเพิ่มภาวะแทรกซ้อนผลกระทบที่ใหญ่ที่สุดบางอย่างอาจทำให้เกิดการไถนาไปทั่วโลกและออกมาในอีกด้านหนึ่ง - ในสภาพที่กระจัดกระจายมาก - และกลับลงมาบนโลก “ ถ้านี่เป็นเรื่องจริงนี่เป็นวิธีที่จะกระจายชิ้นส่วนไปทั่วโลก” เขากล่าว“ แต่การที่เศษซากได้รับการกระจายไปทั่วร่างกายของดาวเคราะห์เป็นคำถามที่น่าสนใจจริงๆ ส่วนนั้นต้องการงานมากขึ้นและอยู่ที่ขอบของสิ่งที่เราสามารถทำได้ในเชิงตัวเลข”
เมื่อพูดถึงน้ำในการตกแต่งภายในของดวงจันทร์ - ซึ่งครั้งหนึ่งเคยคิดว่าจะแห้ง แต่การวัดตัวอย่างเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าปริมาณน้ำในเสื้อคลุมดวงจันทร์อยู่ระหว่าง 200 และหลายพันชิ้นส่วนต่อพันล้าน - โมเดลของ Bottke ปัญหา.
“ ถ้าเป็นจริง” ทีมเขียนลงในกระดาษของพวกเขา“ เป็นไปได้ว่ากระสุนปืนเดียวกับ HSE ส่วนใหญ่ของดวงจันทร์อาจให้น้ำด้วย…. การเพิ่มระยะปลายจะให้คำอธิบายทางเลือกในกรณีที่น้ำบนชั้นจันทรคติไม่สามารถโยกย้ายได้ จากผลกระทบหลังโลกยักษ์ไปสู่ดวงจันทร์ที่กำลังเติบโตผ่านดิสก์โปรโตลูนาร์ที่ร้อนและระเหยเป็นส่วนใหญ่”
ทำไมกระสุนปืนขนาดเล็กถึงดวงจันทร์เมื่อเทียบกับโลก Bottke กล่าวว่ามันเป็นเพียงเกมตัวเลข “ เราเริ่มต้นด้วยประชากรที่มีจำนวนมากของสิ่งขนาดกลางและขนาดเล็ก” เขากล่าว “ และเราสุ่มเลือกขีปนาวุธจากประชากรนั้นและสำหรับชายร่างใหญ่ทุกคนที่กระทบดวงจันทร์ 20 คนก็พุ่งเข้าหาโลก และเราเล่นเกมนั้นและถ้าจำนวนของขีปนาวุธมี จำกัด หากดวงจันทร์ได้รับการโจมตีเพียงครั้งเดียวหรือสองครั้งจากประชากรนี้นั่นหมายความว่าโลกได้รับการโจมตี 20-30 ครั้งนั่นก็เพียงพอแล้วที่จะให้เรา - ในโอกาสส่วนใหญ่ - สิ่งที่เราเห็น”
บอตค์กล่าวว่าการวิจัยครั้งนี้ทำให้เขามีโอกาสได้ทำงานร่วมกับนักธรณีวิทยา "ซึ่งมีสิ่งที่น่าสนใจมากมายที่จะพูดซึ่งช่วย จำกัด กระบวนการที่ทำให้เกิดการก่อตัวดาวเคราะห์ ปัญหาคือบางครั้งพวกเขามีข้อมูลที่ดี แต่พวกเขาไม่มีกระบวนการพลวัตที่สามารถทำงานได้ ดังนั้นเมื่อทำงานร่วมกันฉันคิดว่าเราสามารถหาผลลัพธ์ที่น่าสนใจได้”
“ สิ่งที่น่าตื่นเต้นที่สุดสำหรับฉันคือเราควรจะสามารถใช้ความอุดมสมบูรณ์เหล่านี้ที่เรามีบนโลกดวงจันทร์และดาวอังคารเพื่อบอกเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์ได้” บอร์กกล่าว
แหล่งที่มา: วิทยาศาสตร์, สัมภาษณ์ทางโทรศัพท์กับ Bottke
