Eine stark von Kratern übersäte Mondoberfläche durch Bombardierung von Asteroiden. Bildnachweis: NASA Zum Vergrößern anklicken
Hit-and-run-Kollisionen zwischen embryonalen Planeten während eines kritischen Zeitraums in der frühen Geschichte des Sonnensystems könnten für einige bisher ungeklärte Eigenschaften von Planeten, Asteroiden und Meteoriten verantwortlich sein, so Forscher der University of California, Santa Cruz, die beschrieben ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature vom 12. Januar.
Die vier „terrestrischen“ oder felsigen Planeten (Erde, Mars, Venus und Merkur) sind das Produkt einer Anfangszeit von mehreren zehn Millionen Jahren heftiger Kollisionen zwischen planetarischen Körpern unterschiedlicher Größe. Wissenschaftler haben diese Ereignisse hauptsächlich im Hinblick auf die Akkretion von neuem Material und andere Auswirkungen auf den betroffenen Planeten betrachtet, während dem Impaktor wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde. (Der Impaktor ist per Definition der kleinere der beiden kollidierenden Körper.)
Aber wenn Planeten kollidieren, halten sie nicht immer zusammen. Ungefähr in der Hälfte der Fälle prallt ein Impaktor von der Größe eines Planeten auf einen anderen Körper von der Größe eines Planeten ab, und diese Hit-and-Run-Kollisionen haben drastische Folgen für den Impaktor, sagte Erik Asphaug, außerordentlicher Professor für Geowissenschaften an der UCSC und Erstautor von das Naturpapier.
„Am Ende haben Planeten, die den Tatort verlassen, ganz anders aussehen als bei ihrer Ankunft – sie können ihre Atmosphäre, Kruste, sogar den Mantel verlieren oder sie können in eine Familie kleinerer Objekte zerrissen werden“, sagte Asphaug .
Die Überreste dieser zerstörten Impaktoren können im gesamten Asteroidengürtel und unter Meteoriten gefunden werden, bei denen es sich um Fragmente anderer planetarischer Körper handelt, die auf der Erde gelandet sind, sagte er. Sogar der Planet Merkur könnte ein Hit-and-Run-Impaktor gewesen sein, bei dem ein Großteil seiner äußeren Schichten entfernt worden war, wodurch er einen relativ großen Kern und eine dünne Kruste und einen dünnen Mantel hatte, sagte Asphaug. Dieses Szenario bleibt jedoch spekulativ und erfordert zusätzliche Studien, sagte er.
Asphaug und der Postdoktorand Craig Agnor verwendeten leistungsstarke Computer, um Simulationen einer Reihe von Szenarien durchzuführen, von Begegnungen auf der Weide bis hin zu direkten Treffern zwischen Planeten vergleichbarer Größe. Co-Autor Quentin Williams, Professor für Geowissenschaften an der UCSC, analysierte die Ergebnisse dieser Simulationen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Zusammensetzung und den Endzustand der Restobjekte.
Die Forscher fanden heraus, dass selbst enge Begegnungen, bei denen die beiden Objekte nicht wirklich kollidieren, das kleinere Objekt stark beeinträchtigen können.
„Wenn zwei massive Objekte nahe aneinander vorbeiziehen, verursachen Gravitationskräfte dramatische physikalische Veränderungen – Dekompression, Schmelzen, Abtragen von Material und sogar die Vernichtung des kleineren Objekts“, sagte Williams. „Man kann viel Physik und Chemie an Objekten im Sonnensystem anstellen, ohne sie auch nur zu berühren.“
Ein Planet übt durch seine Eigengravitation einen enormen Druck auf sich selbst aus, aber die Anziehungskraft eines größeren Objekts, das in seiner Nähe vorbeizieht, kann dazu führen, dass dieser Druck steil abfällt. Die Auswirkungen dieser Druckentlastung können explosiv sein, sagte Williams.
„Es ist, als würde man das kohlensäurereichste Getränk der Welt entkorken“, sagte er. „Was passiert, wenn ein Planet um 50 Prozent dekomprimiert wird, verstehen wir zu diesem Zeitpunkt noch nicht sehr gut, aber es kann die Chemie und Physik überall verändern und eine Komplexität von Materialien erzeugen, die sehr gut für die Heterogenität verantwortlich sein könnte.“ wir sehen in Meteoriten.“
Es wird angenommen, dass die Entstehung der terrestrischen Planeten mit einer Phase sanfter Akkretion innerhalb einer Gas- und Staubscheibe um die Sonne begann. Embryonale Planeten verschlangen einen Großteil des Materials um sie herum, bis das innere Sonnensystem etwa 100 mondgroße bis marsgroße Planeten beherbergte, sagte Asphaug. Gravitationsinteraktionen untereinander und mit Jupiter haben diese Protoplaneten dann aus ihren kreisförmigen Bahnen geworfen und eine Ära riesiger Einschläge eingeleitet, die wahrscheinlich 30 bis 50 Millionen Jahre dauerte, sagte er.
Wissenschaftler haben Computer verwendet, um die Entstehung der terrestrischen Planeten aus Hunderten von kleineren Körpern zu simulieren, aber die meisten dieser Simulationen gingen davon aus, dass sie bei Kollisionen kleben bleiben, sagte Asphaug.
„Wir wussten schon immer, dass dies eine Annäherung ist, aber es ist tatsächlich nicht einfach für Planeten, zu verschmelzen“, sagte er. „Unsere Berechnungen zeigen, dass sie sich relativ langsam bewegen und fast frontal aufschlagen müssen, um zu wachsen.“
Es ist leicht für einen Planeten, ein viel kleineres Objekt als er selbst anzuziehen und anzuhäufen. Bei riesigen Einschlägen zwischen planetengroßen Körpern ist der Impaktor jedoch in der Größe mit dem Ziel vergleichbar. Wenn ein Impaktor von Marsgröße auf ein erdgroßes Ziel trifft, hätte der Impaktor ein Zehntel der Masse, aber die Hälfte des Durchmessers der Erde, sagte Asphaug.
„Stellen Sie sich vor, zwei Planeten kollidieren, einer halb so groß wie der andere, bei einem typischen Aufprallwinkel von 45 Grad. Ungefähr die Hälfte des kleineren Planeten schneidet den größeren Planeten nicht wirklich, während die andere Hälfte in seinen Bahnen gestoppt wird“, sagte Asphaug. „Es findet also eine enorme Scherung statt, und dann haben Sie unglaublich starke Gezeitenkräfte, die auf kurze Distanz wirken. Die Kombination funktioniert, um den kleineren Planeten schon beim Verlassen auseinander zu ziehen, sodass der Impaktor in den schlimmsten Fällen einen großen Teil seines Mantels verliert, ganz zu schweigen von seiner Atmosphäre und Kruste.“
Laut Agnor ist das gesamte Problem der Planetenentstehung hochkomplex, und die Rolle von Hit-and-Run-Fragmentierungskollisionen zu entwirren, erfordert weitere Untersuchungen. Durch die Untersuchung planetarischer Kollisionen aus der Perspektive des Impaktors haben die UCSC-Forscher jedoch physikalische Mechanismen identifiziert, die viele rätselhafte Merkmale von Asteroiden erklären können.
Hit-and-run-Kollisionen können eine breite Palette verschiedener Arten von Asteroiden erzeugen, sagte Williams. „Einige Asteroiden sehen aus wie kleine Planeten, die nicht sehr gestört sind, und am anderen Ende des Spektrums befinden sich solche, die im Weltraum wie eisenreiche Hundeknochen aussehen“, sagte er. „Dies ist ein Mechanismus, der unterschiedliche Mengen des felsigen Materials abtragen kann, aus dem die Kruste und der Mantel bestehen. Was zurückbleibt, kann vom eisenreichen Kern bis hin zu einer ganzen Reihe von Mischungen mit unterschiedlichen Mengen an Silikaten reichen.“
Eines der Rätsel des Asteroidengürtels sind die Beweise für das weit verbreitete globale Schmelzen von Asteroiden. Aufprallerwärmung ist ineffizient, weil sie Wärme lokal abgibt. Es ist nicht klar, was einen Asteroiden in einen großen geschmolzenen Klecks verwandeln könnte, aber eine Druckentlastung bei einer Kollision mit Fahrerflucht könnte den Zweck erfüllen, sagte Asphaug.
„Wenn der Druck um den Faktor zwei sinkt, können Sie von etwas, das nur heiß ist, zu etwas geschmolzenem übergehen“, sagte er.
Durch Druckentlastung kann auch Wasser verdampfen und Gase freigesetzt werden, was erklären würde, warum viele differenzierte Meteoriten dazu neigen, frei von Wasser und anderen flüchtigen Substanzen zu sein. Diese und andere Prozesse, die an Hit-and-Run-Kollisionen beteiligt sind, sollten genauer untersucht werden, sagte Asphaug.
„Es ist ein neuer Mechanismus für die planetarische Evolution und Asteroidenbildung, und er legt viele interessante Szenarien nahe, die weitere Untersuchungen rechtfertigen“, sagte er.
Originalquelle: NASA Astrobiologie
