Прото-Земля отдала прото-Венере большинство материала от столкновений
Нейросеть смоделировала цепочка столкновений, которые могли произойти с каменистыми планетами Солнечной системы, и создала новый сценарий образования Земли и Венеры.
Так, по мнению ученых, прото-Земля замедляла тела сталкивающиеся с ней, но не забирала, а «делилась» с прото-Венерой. В результате вторая планета перебирала их на себя, а потому сейчас ее геофизические характеристики отличаются от земных. Результаты моделирования ученые планируют распространить и на процессы формирования спутников и динамику ядра и мантии, сообщается в The Planetary Science Journal. Эти две планеты действительно называют «планетами-сестрами», учитывая сходство в массе (Венера всего на 15% меньше), размере и объемной плотности. Однако Венера каким-то образом оказалась в совершенно другом динамическом состоянии. Она вращается ретроградно по сравнению с другими планетами, а период вращения составляет 243 дня. Также система Земля-Луна имеет более чем в тысячу раз больше угловых моментов на единицу массы, чем Венера. При этом, на первый взгляд, обладая всеми условиями, Венера не смогла обзавестись спутниками. У планетологов нет однородного объяснения этим явлениям. Возможно, причина в слабых приливных моментах, а возможно в том, что Венера переживала гораздо меньше столкновений, чем Земля. В частности, на отсутствие гигантских столкновений указывает медленное вращение Венеры и отсутствие у нее внутреннего магнитного динамо.
А гигантские столкновения, то есть столкновения между планетарными зародышами одинакового размера, является одним из важнейших факторов, влияющих на вид планет. Считается, что гигантские столкновения будут преобладать уже на поздней стадии образования планет. Они необходимы теории формирования планет, поскольку одно только раннее накопление материала планетезималями не обеспечивает сильного вращения, в то время, как гигантские удары могут сильно увеличить угловой момент. Гигантские столкновения на поздней стадии уже использовались для объяснения таких особенностей нашей Солнечной системы, как двойная природа коры Марса, большой угол наклона Урана, а также происхождение Меркурия и Луны. И пока последнее гигантское столкновение вокруг Солнца предположительно произошло 4,3−4,5 миллиарда лет назад (возможно, последним было то же столкновения с образованием Луны), такие столкновения в близлежащих экзопланетных системах состоялись совсем недавно или еще продолжаются, учитывая планеты с высоким эксцентриситетом и на кольца обломков.
В этой работе исследователи университета Аризоны также обратились к гигантским столкновений в истории формирования Солнечной системы в попытке объяснить геофизические различия между Венерой и Землей разницей в истории столкновений, которые их постигли.
Чтобы учесть и исследовать все планетные орбиты и столкновения, ученые использовали нейросеть, которая прогнозировала дальнейшую эволюцию планет и тел, с которыми они сталкивались, на основе моделирования гигантских столкновений. Алгоритм моделировал эволюцию остатков после столкновения до тех пор, пока материал в итоге не окажется или вне орбиты планеты, либо не поглощен ею. Исследователи обратились к сценарию столкновения типа «удар и бегство», не исключая, что ударное тело продолжит свой путь после столкновения. Так они смоделировали сто миллионов лет истории формирования Солнечной системы и предположили, что молодая Земля могла бы замедлять рядовые планетные тела, повышая вероятность их столкновения с Венерой. Таким образом, когда прото-Земля сталкивалась с каким либо телом, вероятность его приближения к Земле была гораздо меньше, чем вероятность того, что оно окажется на Венере. То есть скорее всего ударное тело отлетев от Земли и столкнется с Венерой
Интересно, что на Земле в тот период не было такого авангарда, который мог бы замедлять встречные тела. На тот момент Марс не слишком отличался по массе от тел, которые могли сталкиваться с прото-Землей, поэтому и был довольно несущественным как замедлитель. Авторы утверждают, что это приводит к разнице между двумя планетами одинакового размера, которое обычные теории не могут объяснить.
Сравнивая похожи ударные тела, появившиеся в результате столкновений с прото-Землей и прото-Венерой, ученые обнаружили, что примерно три четверти из них могли попробовать вернуться. Впрочем, всего 11% могли бы долететь до прото-Земли — остальные оставались захваченными Венерой Хотя, если начальная скорость ударного тела была достаточной, чтобы преодолеть критическую аккрецию, то у планет были почти равные шансы пополнить свои массы — 24,5 и 24,1% для Венеры и Земли соответственно. Ученые считают, что неправильно думать о гигантских столкновения как о единичном событие. Астрономы давно подозревают, что для формирования Луны понадобилось два столкновения подряд. В новом сценарии исследователей, протопланета размером примерно с Марсом ударяется о Землю, как и в стандартной модели, но немного быстрее, поэтому продолжает движение. Потом это тело возвращается примерно через миллион лет после первого гигантского удара, причем достаточно медленно, что объясняет изотопное сходство Земли и Луны и при этом разница в составе железа.
Несмотря на это, планеты все еще можно называть очень похожими. Хотя только недавно ученым удалось описать ночную погоду на Венере. А вот остатки одного из столкновений Земли, в результате которого родилась Луна, планетологи предлагают искать в низших слоях земной мантии по областям с большей плотностью, а в частности под африканским континентом.
Перевод материала nauka.ua