Supercomputer afslører atmosfærisk påvirkning af gigantiske planetariske kollisioner

De gigantiske påvirkninger, der dominerer de sene stadier af planetdannelsen, har en lang række konsekvenser for unge planeter og deres atmosfærer, ifølge ny forskning.

Forskning ledet af Durham University og involverer University of Glasgow, både Storbritannien, har udviklet en måde at afsløre omfanget af atmosfæretab under planetariske kollisioner baseret på 3-D supercomputersimuleringer.

Simuleringerne viser, hvordan jordlignende planeter med tynde atmosfærer kan have udviklet sig i et tidligt solsystem afhængigt af, hvordan de påvirkes af andre objekter.

Ved at bruge COSMA-supercomputeren, del af DiRAC High-Performance Computing-faciliteten i Durham, finansieret af Science and Technology Facilities Council (STFC), forskerne kørte mere end 100 detaljerede simuleringer af forskellige gigantiske påvirkninger på jordlignende planeter, ændring af anslagets hastighed og vinkel ved hver lejlighed.

De fandt ud af, at græsningspåvirkninger - som den, der menes at have dannet vores måne - førte til meget mindre atmosfærisk tab end et direkte hit.

Head-on-kollisioner og højere hastigheder førte til meget større erosion, nogle gange udsletter atmosfæren fuldstændig sammen med noget af kappen, det lag, der sidder under en planets skorpe.

Resultaterne giver større indsigt i, hvad der sker under disse gigantiske påvirkninger, som videnskabsmænd ved er almindelige og vigtige begivenheder i udviklingen af ​​planeter både i vores solsystem og udenfor.

Resultaterne er offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift .

Vores måne menes at være dannet for omkring 4,5 milliarder år siden efter en kollision mellem den tidlige Jord og en gigantisk stødlegeme muligvis på størrelse med Mars.

Det var ikke kendt, hvor meget af Jordens tidlige atmosfære, der kunne have overlevet i denne voldsomme hændelse, eller hvordan dette ville ændre sig for forskellige kollisionsscenarier.

I Jordens tilfælde, planeten var relativt heldig med denne kollision - tabte kun mellem ti og 50 procent af sin atmosfære afhængigt af det præcise scenarie.

Hovedforfatter Dr. Jacob Kegerreis, hvis forskning blev delfinansieret af et doktorgradsstipendium fra STFC, i Institute for Computational Cosmology, ved Durham University, sagde:"Vi ved, at planetariske kollisioner kan have en dramatisk effekt på en planets atmosfære, men det er første gang, vi har været i stand til at studere de brede variationer af disse voldelige begivenheder i detaljer.

"På trods af de bemærkelsesværdigt forskellige konsekvenser, der kan komme fra forskellige anslagsvinkler og hastigheder, vi har fundet en enkel måde at forudsige, hvor meget atmosfære der ville gå tabt.

"Dette danner grundlaget for at kunne forudsige den atmosfæriske erosion fra enhver gigantisk påvirkning, som ville indgå i modeller for planetdannelse som helhed. Dette vil igen hjælpe os til at forstå både Jordens historie som en beboelig planet og udviklingen af ​​exoplaneter omkring andre stjerner."

Forskerne udfører nu flere hundrede simuleringer for at teste de virkninger, som de forskellige masser og sammensætninger af kolliderende objekter kan have.

Medforfatter Dr. Vincent Eke, i Institute for Computational Cosmology, Durham University, sagde:"I øjeblikket ser det ud til, at mængden af ​​atmosfære en planet mister på grund af disse kollisioner afhænger af, hvor heldige eller uheldige de er med hensyn til typen af ​​påvirkning de lider."

Medforfatter Dr. Luis Teodoro, fra University of Glasgow, sagde:"Vores forskning viser, hvordan forskellige påvirkninger kan udsende alt fra meget lidt til hele atmosfæren gennem en række forskellige mekanismer."