Gammel, massive asteroide-nedslag kunne forklare Mars geologiske mysterier

Mars' oprindelse og natur er mystisk. Det har geologisk adskilte halvkugler, med glatte lavland i nord og krateret, højtliggende terræn i syd. Den røde planet har også to små underligt formede aflange måner og en sammensætning, der adskiller den fra Jordens.

Ny forskning fra University of Colorado Boulder-professor Stephen Mojzsis skitserer en sandsynlig årsag til disse mystiske træk ved Mars:et kolossalt nedslag med en stor asteroide tidligt i planetens historie. Denne asteroide - omtrent på størrelse med Ceres, en af ​​de største asteroider i solsystemet - smadret ind på Mars, flået en del af den nordlige halvkugle af og efterladt en arv af metalliske elementer i planetens indre. Styrtet skabte også en ring af klippeaffald omkring Mars, der senere kan være klumpet sammen for at danne dets måner, Phobos og Deimos.

Undersøgelsen udkom online i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve , en publikation af American Geophysical Union, i juni.

"Vi viste i dette papir - det fra dynamik og fra geokemi - at vi kunne forklare disse tre unikke egenskaber ved Mars, " sagde Mojzsis, en professor i CU Boulders afdeling for geologiske videnskaber. "Denne løsning er elegant, i den forstand, at det løser tre interessante og udestående problemer om, hvordan Mars blev til."

Astronomer har længe undret sig over disse funktioner. For over 30 år siden, videnskabsmænd foreslog et stort asteroide-nedslag for at forklare de forskellige højder af Mars' nordlige og sydlige halvkugler; teorien blev kendt som "single impact hypothesis." Andre videnskabsmænd har foreslået, at erosion, pladetektonik eller gamle oceaner kunne have skulptureret de særskilte landskaber. Støtte til hypotesen om enkeltpåvirkning er vokset i de senere år, understøttet af computersimuleringer af gigantiske påvirkninger.

Mojzsis mente, at ved at studere Mars' metalliske grundstofbeholdning, han kunne måske bedre forstå dets mysterier. Han slog sig sammen med Ramon Brasser, en astronom ved Earth-Life Science Institute ved Tokyo Institute of Technology i Japan, at grave i.

Holdet studerede prøver fra Mars-meteoritter og indså, at en overflod af sjældne metaller - såsom platin, osmium og iridium - i planetens kappe krævede en forklaring. Sådanne elementer er normalt fanget i de metalliske kerner af klippeverdener, og deres eksistens antydede, at Mars var blevet slynget af asteroider gennem sin tidlige historie. Ved at modellere, hvordan et stort objekt såsom en asteroide ville have efterladt sådanne elementer, Mojzsis og Brasser undersøgte sandsynligheden for, at en kolossal påvirkning kunne forklare denne metalbeholdning.

De to videnskabsmænd estimerede først mængden af ​​disse elementer fra Mars-meteoritter, og udledte, at metallerne tegner sig for omkring 0,8 procent af Mars' masse. Derefter, de brugte nedslagssimuleringer med asteroider af forskellig størrelse, der rammer Mars for at se, hvilken størrelse asteroide, der akkumulerede metallerne med den hastighed, de forventede i det tidlige solsystem.

Baseret på deres analyse, Mars' metaller forklares bedst ved en massiv meteoritkollision for omkring 4,43 milliarder år siden, efterfulgt af en lang historie med mindre påvirkninger. I deres computersimuleringer, et nedslag fra en asteroide mindst 1, 200 kilometer (745 miles) på tværs var nødvendig for at afsætte nok af elementerne. Et påvirkning af denne størrelse kunne også have ændret Mars-skorpen vildt, skaber sine karakteristiske halvkugler.

Faktisk, Mojzsis sagde, skorpen på den nordlige halvkugle ser ud til at være noget yngre end det gamle sydlige højland, hvilket ville stemme overens med deres resultater.

"Den overraskende del er, hvor godt det passer ind i vores forståelse af dynamikken i planetdannelsen, " sagde Mojzsis, med henvisning til den teoretiske effekt. "Sådan en stor effektbegivenhed passer elegant ind i det, vi forstår fra den formative tid."

Et sådant påvirkning ville også forventes at have genereret en ring af materiale omkring Mars, der senere smeltede sammen til Phobos og Deimos; dette forklarer til dels, hvorfor disse måner er lavet af en blanding af indfødte og ikke-marsiske materialer.

I fremtiden, Mojzsis vil bruge CU Boulders samling af Mars-meteoritter til yderligere at forstå Mars' mineralogi, og hvad den kan fortælle os om et muligt asteroide-nedslag. Et sådant nedslag skulle oprindeligt have skabt pletvis klumper af asteroidemateriale og indfødt Mars-sten. Over tid, de to materialereservoirer blev blandet. Ved at se på meteoritter af forskellige aldre, Mojzsis kan se, om der er yderligere beviser for dette blandingsmønster og, derfor, potentielt give yderligere støtte til en primordial kollision.

"Gode teorier giver forudsigelser, " sagde Mojzsis, henviser til, hvordan virkningsteorien kan forudsige, hvordan Mars' sammensætning. Ved at studere meteoritter fra Mars og forbinde dem med planetdannelsesmodeller, han håber på at forbedre vores forståelse af, hvor massiv, Gamle asteroider ændrede radikalt den røde planet i sine tidligste dage.