In den letzten Jahren haben Astronomen versucht, unser Verständnis der Entstehung des Sonnensystems zu verfeinern. Auf der einen Seite haben Sie das traditionelle Nebelhypothese die argumentiert, dass die Sonne, die Planeten und alle anderen Objekte im Sonnensystem vor Milliarden von Jahren aus nebulösem Material entstanden sind. Astronomen gingen jedoch traditionell davon aus, dass sich die Planeten auf ihren aktuellen Umlaufbahnen gebildet haben, was seitdem in Frage gestellt wird.
Dies wird durch Theorien wie die Grand Tack Modell. Diese Theorie besagt, dass Jupiter nach seiner Entstehung aus seiner ursprünglichen Umlaufbahn gewandert ist, was einen großen Einfluss auf das innere Sonnensystem hatte. Und in einem mehr Kürzlich durchgeführte Studie , ist ein internationales Wissenschaftlerteam noch einen Schritt weiter gegangen und hat vorgeschlagen, dass sich der Mars tatsächlich in der heutigen Asteroidengürtel und wanderte im Laufe der Zeit näher an die Sonne heran.
Die Studie mit dem Titel „ Die kühle und ferne Formation des Mars “, erschien kürzlich in der ZeitschriftBriefe der Erd- und Planetenwissenschaften.Die Studie wurde von Ramon Brasser vom Earth Life Science Institute an der Tokyo Institute of Technology , und schlossen Mitglieder der University of Colorado, der Ungarische Akademie der Wissenschaften , und der University of Dundee in Großbritannien.
Zusammengesetztes Bild, das den Größenunterschied zwischen Erde und Mars zeigt. Bildnachweis: NASA/Mars Exploration
Für ihre Studie befasste sich das Team mit einem der eklatantesten Probleme mit traditionellen Modellen der Entstehung des Sonnensystems. Dies ist die Annahme, dass Mars, Erde und Venus eng beieinander entstanden sind und dass der Mars nach außen auf seine aktuelle Umlaufbahn gewandert ist. Darüber hinaus besagt die Theorie, dass der Mars – ungefähr 53 % so groß wie die Erde und nur 15 % so massiv – im Wesentlichen ein planetarischer Embryo ist, der nie ein vollständiger, felsiger Planet wurde.
Dies steht jedoch im Widerspruch zu massiven Elementar- und Isotopenstudien, die an Mars-Meteoriten durchgeführt wurden und wichtige Unterschiede in der Zusammensetzung zwischen Mars und Erde festgestellt haben. Wie Brasser und sein Team in ihrer Studie angegeben haben:
„Dies deutet darauf hin, dass sich der Mars während der primären Akkretion außerhalb der terrestrischen Nahrungszone gebildet hat. Es ist daher wahrscheinlich, dass der Mars immer deutlich weiter von der Sonne entfernt war als die Erde; sein Wachstum wurde früh gehemmt und seine Masse blieb relativ gering.“
Um diese Hypothese zu testen, führte das Team dynamische Simulationen durch, die mit dem Grand-Tack-Modell konsistent waren. In diesen Simulationen bewegte Jupiter eine große Massenkonzentration in Richtung Sonne, während er in Richtung des inneren Sonnensystems wanderte, was einen tiefgreifenden Einfluss auf die Bildung und die Bahneigenschaften des . hatte terrestrische Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars).
Die Theorie besagt auch, dass diese Wanderung Material vom Mars wegzog, was die Unterschiede in der Zusammensetzung und die geringere Größe und Masse des Planeten im Vergleich zu Venus und Erde erklärt. Sie fanden heraus, dass sich in einem kleinen Prozentsatz ihrer Simulationen der Mars weiter von der Sonne entfernt bildete und dass die Anziehungskraft des Jupiter den Mars in seine aktuelle Umlaufbahn drückte.
Das Grand-Tack-Modell (oben) im Vergleich zu den traditionellen Theorien über die Entstehung des Inneren Sonnensystems. Bildnachweis: Sean Raymond/planetplanet.net
Daraus schloss das Team, dass entweder den Wissenschaftlern die notwendigen Mechanismen fehlen, um die Entstehung des Mars zu erklären, oder dass dieses statistisch seltene Szenario von allen Möglichkeiten tatsächlich das richtige ist. Wie Stephen Mojzsis – Professor für Geologie an der University of Colorado und Co-Autor der Studie – in a letztes Interview mitAstrobiologie-Magazin,die Tatsache, dass das Szenario selten ist, macht es nicht weniger plausibel:
„Wenn wir genug Zeit haben, können wir mit diesen Ereignissen rechnen. Zum Beispiel erhalten Sie schließlich Doppelsechsen, wenn Sie die Würfel oft genug würfeln. Die Wahrscheinlichkeit ist 1/36 oder ungefähr gleich wie bei unseren Simulationen der Marsentstehung.“
In Wahrheit ist eine Wahrscheinlichkeit von 2% (die sie aus den Simulationen erhalten haben) aus kosmologischer Sicht keine schlechte Quote. Und wenn man bedenkt, dass eine solche Möglichkeit die wesentlichen Unterschiede zwischen dem Mars und seinen terrestrischen Verwandten (d. h. Erde und Venus) berücksichtigen würde, erscheint diese geringe Wahrscheinlichkeit eher möglich. Die Vorstellung, dass der Mars im Laufe seiner Geschichte nach innen gewandert ist, birgt jedoch auch einige schwerwiegende Implikationen.
Zunächst mussten die Forscher erklären, wie der Mars eine dickere, wärmere Atmosphäre hätte besitzen können, die es ermöglicht hätte, dass flüssiges Wasser auf der Oberfläche existiert. Wenn sich der Mars tatsächlich im heutigen Asteroidengürtel gebildet hätte, wäre er einem weitaus geringeren Sonnenfluss ausgesetzt gewesen, und die Oberflächentemperaturen wären deutlich niedriger gewesen, als wenn er sich an seinem heutigen Standort gebildet hätte.
Wissenschaftler konnten die Wasserverlustrate auf dem Mars messen, indem sie das Verhältnis von Wasser und HDO von heute und vor 4,3 Milliarden Jahren maßen. Bildnachweis: Kevin Gill
Wenn der Mars jedoch genug Kohlendioxid in seiner frühen Atmosphäre hatte, dann ist es möglich, dass Einschläge während der Spätes schweres Bombardement hätte zeitweilige Zeiträume zulassen können, in denen flüssiges Wasser auf der Oberfläche vorhanden sein könnte. Oder wie sie es erklären:
„Es sei denn, unser Modell zeigt, dass ein an sich volatiler Mars eine starke und nachhaltige Treibhausatmosphäre besaß, lag seine durchschnittliche Oberflächentemperatur ununterbrochen unter 0 °C. Eine solch kalte Oberflächenumgebung wäre regelmäßig von frühen Aufprallbombardements betroffen gewesen, die sowohl einen sterbenden Wasserkreislauf wieder in Gang setzten als auch einen Zufluchtsort für mögliches frühes Leben in der Marskruste boten.“
Obwohl der Mars während seiner frühen Lebenszeit weniger Sonnenenergie ausgesetzt gewesen wäre, wäre er möglicherweise immer noch warm genug gewesen, um flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche zu tragen. Und wie Mojzsis sagte In einer Arbeit, die er letztes Jahr mitverfasst hat, hätten die vielen Bombardements (was durch die vielen Krater belegt wird) ausgereicht, um das Oberflächeneis zu schmelzen, die Atmosphäre zu verdicken und einen periodischen hydrologischen Zyklus auszulösen.
Eine weitere interessante Sache an dieser Studie ist die Vorhersage, dass die Venus wahrscheinlich eine Massenzusammensetzung (einschließlich ihrer Sauerstoffisotope) hat, die der des Erde-Mond-Systems ähnlich ist. Das liegt nach ihren Simulationen daran, dass Venus und Erde immer dieselben Bausteine teilten, Erde und Mars jedoch nicht. Diese Ergebnisse stimmten mit den jüngsten bodengestützten Infrarotbeobachtungen der Venus und ihrer Atmosphäre überein.
Künstlerische Darstellung des gemeinsamen NASA-Roscosmos Venera-D-Missionskonzepts, das einen Venus-Orbiter und einen Lander umfasst, die einige Stunden auf der Venusoberfläche überleben sollen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Aber natürlich können dazu keine endgültigen Schlussfolgerungen gezogen werden, bis Proben der Venuskruste erhalten werden. Dies könnte erreicht werden, wenn und wenn die vorgeschlagene Venera-Dolgozhivuschaya (Venera-D)-Mission – ein gemeinsamer Plan von NASA und Roscomos, um einen Orbiter und einen Lander zur Venus zu schicken – wird im kommenden Jahrzehnt gestartet. In der Zwischenzeit gibt es noch weitere offene Fragen des Grand-Tack-Modells und der Nebular-Hypothese, die angegangen werden müssen.
Dazu gehört laut Mojzsis, wie sich die Gas-/Eis-Riesen des Sonnensystems an ihren aktuellen Standorten gebildet haben könnten. Die Vorstellung, dass sie sich auf ihren aktuellen Umlaufbahnen jenseits des Asteroidengürtels gebildet haben, scheint mit Modellen des frühen Sonnensystems nicht vereinbar zu sein, die zeigen, dass nicht genug Material so weit von der Sonne entfernt war. Eine Alternative ist, dass sie sich näher an der Sonne gebildet haben und auch nach außen gewandert sind.
Als Mojzsis erklärt , diese Möglichkeit wird durch neuere Studien von extrasolaren Planetensystemen gestützt, bei denen Gasriesen sehr nahe an ihren Sternen (d. h. „Heiße Jupiter“) und weiter weg kreisen:
„Wir verstehen aus direkten Beobachtungen über die Kepler-Weltraumteleskop und frühere Studien, dass die Migration von Riesenplaneten ein normales Merkmal von Planetensystemen ist. Die Bildung riesiger Planeten induziert Migration, und bei der Migration dreht sich alles um die Schwerkraft, und diese Welten haben sich schon früh auf ihre Umlaufbahnen ausgewirkt.“
Wenn es einen Vorteil gibt, weiter in das Universum zu blicken, dann ist es die Art und Weise, wie es Astronomen ermöglicht hat, bessere und vollständigere Theorien über die Entstehung des Sonnensystems aufzustellen. Und während unsere Erforschung des Sonnensystems weiter wächst, werden wir mit Sicherheit viele Dinge lernen, die dazu beitragen werden, auch unser Verständnis anderer Sternensysteme zu verbessern.
Weiterlesen: Astrobiologie-Magazin , Briefe zur Erd- und Planetenwissenschaft
