Một trong những vấn đề cơ bản trong khoa học hành tinh là cố gắng xác định các cơ thể hành tinh trong hệ mặt trời bên trong hình thành và phát triển như thế nào. Một mô hình máy tính mới cho thấy các vật thể khổng lồ - một số vật thể lớn như Vành đai Kuiper như Sao Diêm Vương và Eris - có khả năng đập vào Trái đất, Mặt trăng và Sao Hỏa trong giai đoạn cuối của sự hình thành hành tinh, đưa kim loại nặng lên bề mặt hành tinh. Mô hình này - được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu khác nhau từ Viện Khoa học Mặt trăng của NASA - thật đáng ngạc nhiên khi giải quyết nhiều câu đố khác nhau trên Hệ Mặt trời, như cách Trái đất có thể giữ được kim loại, các nguyên tố như vàng và bạch kim được tìm thấy trong lớp phủ của nó, bên trong Mặt trăng thực sự có thể bị ướt, và sự phân bố kỳ lạ trong kích thước của các tiểu hành tinh.
Hầu hết các bằng chứng về những gì đã xảy ra trong giai đoạn cuối của sự hình thành hành tinh đã bị xóa theo thời gian, chuyên gia Bill Bottke từ Viện nghiên cứu Tây Nam, người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết. Con đường mà chúng tôi đã theo dõi trên các thế giới này khá lạnh và để có thể khai thác thêm thông tin từ những gì chúng tôi có và có thể trả lời một số vấn đề tồn tại lâu dài là khá thú vị.
Bottke nói với Tạp chí Space rằng câu chuyện về mô hình mới này nói với anh ấy không phức tạp như thoạt nhìn, anh nói. Đây bao gồm rất nhiều khái niệm cùng nhau, và một số khái niệm đã thực sự xuất hiện trong một thời gian.
Bottke và nhóm của ông đã công bố kết quả của họ trên tạp chí Khoa học.
Các nhà nghiên cứu bắt đầu với lý thuyết được chấp nhận rộng rãi về cách Mặt trăng của chúng ta được tạo ra bởi một tác động khổng lồ giữa Trái đất sơ khai và một cơ thể hành tinh có kích cỡ sao Hỏa khác. Đây là sự kiện đau thương nhất mà Trái đất có thể đã trải qua, và đó là thời điểm có lẽ cả Trái đất và Mặt trăng đều hình thành lõi của chúng, theo ông Chai Bottke.
Sắt nặng rơi xuống trung tâm của hai cơ thể, và cái gọi là các chất có tính siderophile cao, hoặc yêu kim loại, như rhenium, osmium platinum, palladi, và vàng nên đã theo sắt và các kim loại khác vào lõi sau đó của sự kiện hình thành Mặt trăng, để lại các lớp vỏ đá và lớp phủ của các cơ thể này không có các yếu tố này.
Những yếu tố này thích đi theo kim loại, theo ông Bottke nói, vì vậy nếu kim loại chảy vào lõi, những yếu tố này sẽ muốn thoát ra cùng với chúng. Vì vậy, nếu điều này là đúng, những gì chúng ta mong đợi rằng các loại đá có nguồn gốc từ lớp phủ của chúng ta hầu như không có các yếu tố siderophile cao, có thể từ 10 đến âm 5 hoặc hơn. Nhưng đáng ngạc nhiên, đó không phải là những gì chúng ta thấy. Chúng chỉ kém phong phú hơn với hệ số dưới 200, so với những gì chúng ta mong đợi, hệ số 100.000 hoặc hơn.
Bottke cho biết vấn đề này đã được tranh luận từ năm 1970, với nhiều gợi ý khác nhau về cách trả lời vấn đề.
Câu trả lời khả thi nhất là sau khi tác động hình thành Mặt trăng diễn ra, cũng có những thứ khác đâm vào Trái đất trong giai đoạn cuối của quá trình hình thành hành tinh, các vật thể nhỏ hơn và những vật thể nhỏ hơn này bổ sung cho chúng ta sự phong phú xem hôm nay Đây là những gì chúng tôi đề cập đến như là sự bồi đắp muộn, ông nói.
Trên Mặt trăng, điều tương tự đã xảy ra. Nhưng có một vấn đề với kịch bản này. Tỷ lệ của các nguyên tố này trên Trái đất so với đá trên Mặt trăng là khoảng 1000 đến 1.
Tiết mục Mặt cắt ngang hấp dẫn của Trái đất gấp khoảng 20 lần Mặt trăng, ông Bott Bottke cho biết, đối với mọi vật thể va vào Mặt trăng, khoảng hai mươi nên đã chạm vào Trái đất. Và nếu việc bồi đắp muộn đã phân phối các yếu tố này, bạn nên có tỷ lệ khoảng 20 đến 1. Nhưng đó không phải là những gì chúng ta thấy, chúng ta thấy tỷ lệ 1000 trên 1.
Bottke - một nhà động lực học hành tinh - đã thảo luận điều này với đồng nghiệp David Nesvorny, cũng từ SWRI, cũng như các nhà mô hình hóa địa vật lý, như Richard Walker từ Đại học Maryland, James Day từ Đại học Maryland và Linda Elkins-Tanton từ Viện Công nghệ Massachusetts.
Họ đã đưa ra một mô hình máy tính dường như cung cấp một câu trả lời.
Bằng cách chơi roulette với những vật thể này, tôi thấy rằng rất thường Trái đất bị tấn công bởi những tác động lớn mà Mặt trăng sẽ không bao giờ nhìn thấy, theo ông Bottkeke. Kết quả này cho thấy rằng những thứ va vào Trái đất và Mặt trăng vào cuối thời kỳ hình thành hành tinh bị chi phối bởi các vật thể rất lớn.
Mô hình dự đoán rằng lớn nhất của cố sao chổi lao vào Trái đất, tại 2.400 - 3.200 km (1,500-2,000 dặm) đường kính, trong khi những người lên mặt trăng, vào khoảng 240-320 km.
Bottke gọi đó là kết quả dễ thương của người Viking - nhưng họ cần nhiều bằng chứng hỗ trợ hơn. Vì vậy, họ đã xem xét quần thể còn sót lại cuối cùng của những thứ xây dựng các hành tinh, vành đai tiểu hành tinh bên trong. Bạn có thể tìm thấy các tiểu hành tinh lớn như Ceres, Vesta và Pallas, ông Bott Bottke cho biết, vì vậy có những tiểu hành tinh lớn ở khoảng cách 500 đến 900 km, nhưng sau đó các tiểu hành tinh lớn nhất tiếp theo của bạn chỉ khoảng 250 km. Điều này phù hợp với các kích thước mà mô hình của chúng tôi đã đưa ra, trong đó không có tiểu hành tinh nào có kích thước giữa ở giữa có thể quan sát được ở khu vực này.
Tiếp theo, họ nhìn vào Sao Hỏa, nơi có một số lưu vực tác động rất lớn có lẽ còn sót lại từ thời hành tinh hình thành, bao gồm cả lưu vực Borealis, nó lớn đến mức có thể giải thích cho sự khác biệt ở bán cầu bắc và nam hành tinh đỏ.
Chúng tôi đã xem xét và dự đoán kích thước của các vật va chạm sẽ tạo ra các lưu vực va chạm đó và chúng tôi thấy sự phân bố kích thước rất giống với những gì được dự đoán cho Trái đất và Mặt trăng, và cả những gì được tìm thấy trong vành đai tiểu hành tinh bên trong.
Vì vậy, tất cả những điều đó cùng nhau - cơ sở lý thuyết, bằng chứng quan sát từ các yếu tố trên Trái đất và Mặt trăng và tác động lên Sao Hỏa nói chung một cái gì đó về sự phân bố kích thước của các vật thể cho đến cuối sự hình thành hành tinh.
Và những tác động là gì?
Chúng tôi có thể đưa ra dự đoán về những gì đang tấn công Trái đất, Mặt trăng và Sao Hỏa vào thời điểm đó và chúng phù hợp với những gì chúng ta nhìn thấy trên bề mặt, theo ông Bott Bottke. Tại sao Hỏa, chúng ta có thể chơi một trò chơi về những viên đạn lớn nhất nên tấn công sao Hỏa và nó rất phù hợp với kích thước của lưu vực lớn hình thành trên sao Hỏa và cũng tạo ra vô số các yếu tố chúng ta thấy ở đó.
Đối với Mặt trăng, các tác động lớn nhất sẽ là 250-300 km, tương đương với kích thước của lưu vực Aiken ở cực nam, tiếp theo. Đối với Trái đất, những tác động lớn này giải thích tại sao một số tác động này có thể tấn công Trái đất và không phải tất cả các yếu tố đều đi vào lõi Trái đất.
Bottke nói rằng thêm vào các biến chứng, một số tác động lớn nhất thực sự có thể đã xảy ra trên Trái đất và thực sự xuất hiện ở phía bên kia - trong tình trạng rất phân mảnh - và mưa xuống Trái đất. Nếu điều này là sự thật, thì điều này cung cấp một cách để truyền bá các mảnh vỡ trên khắp Trái đất, ông nói, nhưng cách các mảnh vỡ được phân phối xung quanh cơ thể hành tinh là một câu hỏi thực sự thú vị. Phần đó cần nhiều công việc hơn và chỉ đơn giản là ngay bây giờ về những gì chúng ta có thể làm bằng số.
Tuy nhiên, khi nói đến nước trên mặt trăng - nơi từng được cho là khô, nhưng các phép đo mẫu gần đây, tuy nhiên, cho thấy hàm lượng nước trong lớp phủ mặt trăng nằm trong khoảng 200 đến vài nghìn phần tỷ - mô hình của Bottke cũng có thể giải quyết điều này vấn đề.
Nếu đúng, thì nhóm nghiên cứu viết trong bài báo của họ, có thể là cùng một loại đạn đã giao hầu hết các HSE của Mặt trăng cũng có thể đã cung cấp cho nó nước. Việc bồi đắp cung cấp một lời giải thích khác trong trường hợp nước mặt trăng không thể di chuyển từ bài đăng khổng lồ tác động Trái đất đến Mặt trăng đang phát triển thông qua một đĩa protolunar nóng và phần lớn bốc hơi.
Về lý do tại sao các quả đạn nhỏ hơn đâm vào Mặt trăng so với Trái đất, Bottke cho biết đây chỉ là một trò chơi số. Chúng tôi bắt đầu với một dân số có một số lượng lớn những thứ lớn, những thứ có kích thước trung bình và những thứ nhỏ, ông nói. Sau đó, chúng tôi chọn ngẫu nhiên các quả đạn từ quần thể đó và cứ một người to lớn chạm Mặt trăng thì có 20 quả rơi xuống Trái đất. Và chúng tôi chơi trò chơi đó, và nếu số lượng đạn bị hạn chế, nếu Mặt trăng chỉ bị tấn công một hoặc hai lần từ dân số này, điều đó có nghĩa là Trái đất bị tấn công 20-30 lần, điều đó đủ để cung cấp cho chúng tôi - trong hầu hết các trường hợp - những gì chúng ta thấy.
Bottke cho biết nghiên cứu này đã cho anh cơ hội làm việc với các nhà địa lý học, những người có tất cả những điều thú vị để nói rằng điều đó giúp hạn chế các quá trình mang lại sự hình thành hành tinh. Vấn đề là đôi khi họ có thông tin tuyệt vời nhưng họ không có một quy trình năng động có thể hoạt động. Vì vậy, bằng cách làm việc cùng nhau, tôi nghĩ rằng chúng tôi đã có thể đưa ra một số kết quả thú vị.
Điều thú vị nhất đối với tôi là chúng ta sẽ có thể sử dụng những sự phong phú mà chúng ta có trên Trái đất, Mặt trăng và Sao Hỏa để thực sự kể câu chuyện về sự hình thành hành tinh, ông Keith Bottke nói.
Nguồn: Khoa học, phỏng vấn qua điện thoại với Bottke
