Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Kaotiske tidlige solsystemkollisioner lignede asteroids arkadespil

Et krydspolariseret billede af Artracoona-meteoritten under 50 gange forstørrelse. Kredit:Michael Lucas.

En fredag ​​aften i 1992, en meteorit endte en mere end 150 millioner kilometer lang rejse ved at smadre ind i bagagerummet på en rød Chevrolet Malibu i Peekskill, New York. Bilens ejer rapporterede, at resterne på 30 pund fra de tidligste dage af vores solsystem stadig var varm og lugtede af svovl.

Næsten 30 år senere, en ny analyse af den samme Peekskill-meteorit og 17 andre af forskere ved University of Texas i Austin og University of Tennessee, Knoxville, har ført til en ny hypotese om, hvordan asteroider blev dannet i de første år af solsystemet.

Meteoritterne undersøgt i forskningen stammer fra asteroider og tjener som naturlige prøver af rumklipperne. De indikerer, at asteroiderne blev dannet gennem voldsomt bombardement og efterfølgende gensamling, et fund, der strider mod den fremherskende idé om, at det unge solsystem var et fredeligt sted.

Undersøgelsen blev publiceret på tryk 1. december i tidsskriftet Geochimica og Cosmochimica Acta .

Forskningen begyndte, da medforfatter Nick Dygert var postdoktor ved UT's Jackson School of Geosciences, der studerede terrestriske klipper ved hjælp af en metode, der kunne måle klippernes afkølingshastigheder fra meget høje temperaturer, op til 1, 400 grader celsius.

Dygert, nu assisterende professor ved University of Tennessee, indså, at denne metode - kaldet et sjældent jordelement (REE)-i-to-pyroxen-termometer - kunne fungere for rumsten, også.

"Dette er en virkelig kraftfuld ny teknik til at bruge geokemi til at forstå geofysiske processer, og ingen havde brugt det til at måle meteoritter endnu, sagde Dygert.

Siden 1970'erne, videnskabsmænd har målt mineraler i meteoritter for at finde ud af, hvordan de er dannet. Arbejdet antydede, at meteoritter afkølede meget langsomt udefra og indad i lag. Denne "løgskalmodel" er i overensstemmelse med et relativt fredeligt ungt solsystem, hvor klippestykker kredsede uhindret. Men disse undersøgelser var kun i stand til at måle afkølingshastigheder fra temperaturer nær omkring 500 grader Celsius.

Da Dygert og Michael Lucas, en postdoc ved University of Tennessee, der ledede arbejdet, anvendte REE-i-to-pyroxen-metoden, med sin meget højere følsomhed over for spidstemperaturer, de fandt uventede resultater. Fra omkring 900 grader Celsius ned til 500 grader Celsius, kølehastigheder var 1, 000 til 1 million gange hurtigere end ved lavere temperaturer.

Hvordan kunne disse to meget forskellige kølehastigheder forenes?

Et elementært røntgenkort af en del af Peekskill-meteoritten. Forskellige farver svarer til forskellige elementer. Kredit:Michael Lucas.

Forskerne foreslog, at asteroider blev dannet i etaper. Hvis det tidlige solsystem var, meget ligesom det gamle Atari-spil "Asteroids, "fyldt med bombardement, store sten ville være blevet smadret i stykker. De mindre stykker ville være afkølet hurtigt. Bagefter, da de små stykker blev samlet igen til større asteroider, vi ser i dag, afkølingshastigheder ville have aftaget.

For at teste denne murbrokker-hypotese, Jackson School Professor Marc Hesse og førsteårs ph.d.-studerende Jialong Ren byggede for første gang en beregningsmodel af en to-trins termisk historie af murbrokker-asteroider.

På grund af det store antal stykker i en murbrokker - 10 15 eller tusind billioner – og det store udvalg af deres størrelser, Ren måtte udvikle nye teknikker til at tage højde for ændringer i masse og temperatur før og efter bombardement.

"Dette var et intellektuelt betydningsfuldt bidrag, " sagde Hesse.

Den resulterende model understøtter murbrokkernes hypotese og giver også andre indsigter. En implikation er, at afkølingen aftog så meget efter genmontering, ikke fordi klippen afgav varme i lag. Hellere, det var, at murbrokkerbunken indeholdt porer.

"Porøsiteten reducerer, hvor hurtigt du kan lede varme, " sagde Hesse. "Du køler faktisk langsommere, end du ville have gjort, hvis du ikke var blevet fragmenteret, fordi alle murbrokkerne er en slags flot tæppe. Og det er lidt uintuitivt."

Tim Swindle fra Lunar and Planetary Laboratory ved University of Arizona, der studerer meteoritter, men ikke var involveret i forskningen, sagde, at dette arbejde er et stort skridt fremad.

"Dette virker som en mere komplet model, og de har tilføjet data til en del af spørgsmålet, som folk ikke har talt om, men burde have været. Juryen er stadig ude, men det er et stærkt argument."

Den største implikation af den nye murbrokker-hypotese, Dygert sagde:er, at disse kollisioner karakteriserede solsystemets tidlige dage.

"De var voldelige, og de startede tidligt, " han sagde.