Поздняя аккреция и гигантские столкновения

Хаотическая заключительная фаза формирования планет земной группы, когда несколько десятков эмбрионов размером от Луны до Марса сталкиваются, образуя каменистые планеты.

Definition

Поздняя аккреция — это заключительная фаза формирования планет земной группы, в которой крупные планетные эмбрионы сталкиваются и сливаются в результате гигантских столкновений, завершая сборку каменистых планет.

Scope

Эта тема охватывает последнюю стадию формирования каменистых планет, на которой гравитационные взаимодействия между планетными эмбрионами приводят к пересечению орбит и последовательности гигантских столкновений на протяжении десятков миллионов лет. Она включает N-тельные модели сборки планет земной группы, энергетику и последствия гигантских столкновений, таких как магматические океаны и слияние ядер, гигантское столкновение, приведшее к образованию Луны, и роль поздней аккреции в доставке летучих веществ и высокосидерофильных элементов в мантии планет.

Core questions

• Как гравитационные взаимодействия между эмбрионами приводят к окончательному числу и расположению планет земной группы?
• Каковы были условия столкновения, сформировавшего Луну, и почему Луна обеднена железом?
• Как гигантские столкновения определили состояния вращения, наклоны осей и объемные составы каменистых планет?
• Сколько воды и летучих веществ Земли прибыло во время и после поздней аккреции?

Key theories

Гигантское столкновение как причина образования Луны

Столкновение между прото-Землей и телом размером с Марс выбросило диск из преимущественно мантийного материала, из которого аккрецировала Луна, что объясняет малое железное ядро Луны и высокий угловой момент системы Земля-Луна.

Хаотическая сборка планет земной группы

N-тельные симуляции показывают, что популяция планетных эмбрионов эволюционирует через пересекающиеся орбиты и стохастические гигантские столкновения в небольшое число планет земной группы, естественным образом создавая разнообразие в их массах и вращениях.

Mechanisms

После рассеяния газового диска гравитационные возмущения возбуждают орбиты планетных эмбрионов до тех пор, пока они не пересекутся и не столкнутся. Гигантские столкновения высвобождают огромную энергию, расплавляя планеты в магматические океаны, сливая металлические ядра и выбрасывая обломки, которые могут повторно аккрецировать или образовать спутник. Продолжающаяся бомбардировка после формирования ядра, называемая поздней аккрецией, добавляет слой материала к мантии.

Clinical relevance

Гигантские столкновения объясняют ключевые особенности каменистых планет и Луны, а также помогают ограничить доставку воды и жизненно важных летучих веществ на раннюю Землю.

History

Гипотеза гигантского столкновения для образования Луны появилась в середине 1970-х годов благодаря работам Хартмана и Дэвиса и, независимо, Кэмерона и Уорда, и получила количественную поддержку от гидродинамических симуляций, таких как работы Канупа и Асфауга в 2001 году. N-тельные исследования с 1990-х годов установили хаотическую, доминирующую столкновениями картину формирования планет земной группы.

Debates

Изотопное сходство Земли и Луны

Почти идентичные изотопные составы Земли и Луны трудно согласовать с Луной, образовавшейся в основном из импактора, что мотивирует ряд альтернативных сценариев высокоэнергетических столкновений.

Key figures

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

Seminal works

• hartmanndavis1975
• canup2001
• chambers2001

Frequently asked questions

Как образовалась Луна?

Ведущая точка зрения заключается в том, что тело размером с Марс столкнулось с молодой Землей, выбросив расплавленную и испаренную породу на орбиту, из которой быстро аккрецировала Луна; это объясняет малое железное ядро Луны.

Сколько времени заняла окончательная сборка Земли?

Модели и изотопное датирование показывают, что Земля завершила большую часть своего роста примерно в течение первых ста миллионов лет истории Солнечной системы, завершившись столкновением, сформировавшим Луну.