Späte Akkretion und Riesenimpakte

Die chaotische Endphase der terrestrischen Planetenbildung, in der einige Dutzend Embryonen von Mond- bis Marsgröße kollidieren, um die Gesteinsplaneten zu bilden.

Definition

Späte Akkretion ist die Endphase der terrestrischen Planetenbildung, in der große planetare Embryonen durch Riesenimpakte kollidieren und verschmelzen, wodurch die Entstehung der Gesteinsplaneten abgeschlossen wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die letzte Phase der Gesteinsplanetenbildung, in der gravitative Wechselwirkungen zwischen planetaren Embryonen zu sich kreuzenden Umlaufbahnen und einer Abfolge von Riesenimpakten über zig Millionen Jahre führen. Es umfasst N-Körper-Modelle der terrestrischen Planetenentstehung, die Energetik und die Folgen von Riesenimpakten wie Magmaozeane und Kernverschmelzung, den Riesenimpaktursprung des Mondes und die Rolle der späten Akkretion bei der Lieferung von flüchtigen Stoffen und den hochsiderophilen Elementen der planetaren Mäntel.

Core questions

• Wie führen gravitative Wechselwirkungen zwischen Embryonen zur endgültigen Anzahl und Anordnung der terrestrischen Planeten?
• Welche Bedingungen herrschten bei dem Impakt, der den Mond bildete, und warum ist der Mond an Eisen verarmt?
• Wie haben Riesenimpakte die Rotationszustände, Obliquitäten und Massenzusammensetzungen der Gesteinsplaneten bestimmt?
• Wie viel des Wassers und der flüchtigen Stoffe der Erde gelangte während und nach der späten Akkretion auf die Erde?

Key theories

Riesenimpakt-Ursprung des Mondes

Eine Kollision zwischen der Proto-Erde und einem marsgroßen Körper schleuderte eine Scheibe aus hauptsächlich Mantelmaterial aus, aus der der Mond akkretierte, was den kleinen Eisenkern des Mondes und den hohen Drehimpuls des Erde-Mond-Systems erklärt.

Chaotische Entstehung terrestrischer Planeten

N-Körper-Simulationen zeigen, dass sich eine Population planetarer Embryonen durch sich kreuzende Umlaufbahnen und stochastische Riesenimpakte zu einer kleinen Anzahl terrestrischer Planeten entwickelt, was auf natürliche Weise eine Vielfalt in ihren Massen und Rotationen erzeugt.

Mechanisms

Nach der Auflösung der Gasscheibe regen gravitative Störungen die Umlaufbahnen planetarer Embryonen an, bis sie sich kreuzen und kollidieren. Riesenimpakte setzen enorme Energie frei, schmelzen Planeten zu Magmaozeanen, verschmelzen metallische Kerne und schleudern Trümmer aus, die sich wieder akkretieren oder einen Satelliten bilden können. Die fortgesetzte Bombardierung nach der Kernbildung, die als späte Akkretion bezeichnet wird, fügt dem Mantel eine Materialschicht hinzu.

Clinical relevance

Riesenimpakte erklären Schlüsselmerkmale der Gesteinsplaneten und des Mondes und helfen, die Lieferung von Wasser und lebensnotwendigen flüchtigen Stoffen zur frühen Erde einzugrenzen.

History

Die Riesenimpakt-Hypothese für den Mond entstand Mitte der 1970er Jahre aus den Arbeiten von Hartmann und Davis sowie, unabhängig davon, Cameron und Ward, und erhielt quantitative Unterstützung durch hydrodynamische Simulationen, wie die von Canup und Asphaug im Jahr 2001. N-Körper-Studien ab den 1990er Jahren etablierten das chaotische, kollisionsdominierte Bild der terrestrischen Planetenbildung.

Debates

Isotopische Ähnlichkeit von Erde und Mond

Die nahezu identischen isotopischen Zusammensetzungen von Erde und Mond sind schwer mit einem Mond zu vereinbaren, der hauptsächlich aus dem Impaktor entstand, was eine Reihe alternativer hochenergetischer Impaktszenarien motiviert.

Key figures

• William Hartmann
• Robin Canup
• Erik Asphaug
• John Chambers

Seminal works

• hartmanndavis1975
• canup2001
• chambers2001

Frequently asked questions

Wie entstand der Mond?

Die vorherrschende Ansicht ist, dass ein marsgroßer Körper die junge Erde traf und geschmolzenes und verdampftes Gestein in die Umlaufbahn schleuderte, aus dem der Mond schnell akkretierte; dies erklärt den kleinen Eisenkern des Mondes.

Wie lange dauerte die endgültige Entstehung der Erde?

Modelle und isotopische Datierungen deuten darauf hin, dass die Erde den größten Teil ihres Wachstums innerhalb der ersten etwa hundert Millionen Jahre der Geschichte des Sonnensystems abschloss, endend mit dem mondbildenden Impakt.