การพอกพูนช่วงปลายและการชนกันครั้งใหญ่

ช่วงสุดท้ายที่วุ่นวายของการก่อตัวของดาวเคราะห์คล้ายโลก เมื่อตัวอ่อนดาวเคราะห์ขนาดเท่าดวงจันทร์ถึงดาวอังคารหลายสิบดวงชนกันเพื่อสร้างดาวเคราะห์หิน

Definition

การพอกพูนช่วงปลายคือระยะสุดท้ายของการก่อตัวของดาวเคราะห์คล้ายโลก ซึ่งตัวอ่อนดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ชนกันและรวมตัวกันผ่านการชนกันครั้งใหญ่ ทำให้การประกอบดาวเคราะห์หินสมบูรณ์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมขั้นตอนสุดท้ายของการก่อตัวของดาวเคราะห์หิน ซึ่งปฏิสัมพันธ์เชิงแรงโน้มถ่วงระหว่างตัวอ่อนดาวเคราะห์ทำให้เกิดวงโคจรที่ตัดกันและการชนกันครั้งใหญ่ต่อเนื่องกันเป็นเวลาหลายสิบล้านปี รวมถึงแบบจำลอง N-body ของการประกอบดาวเคราะห์คล้ายโลก พลังงานและผลที่ตามมาของการชนกันครั้งใหญ่ เช่น มหาสมุทรแมกมาและการรวมตัวของแกนกลาง ต้นกำเนิดของดวงจันทร์จากการชนกันครั้งใหญ่ และบทบาทของการพอกพูนช่วงปลายในการนำพาสารระเหยและธาตุไซเดอโรไฟล์สูงมาสู่เนื้อดาวเคราะห์

Core questions

• ปฏิสัมพันธ์เชิงแรงโน้มถ่วงระหว่างตัวอ่อนดาวเคราะห์นำไปสู่จำนวนและระยะห่างสุดท้ายของดาวเคราะห์คล้ายโลกได้อย่างไร?
• เงื่อนไขของการชนที่ก่อให้เกิดดวงจันทร์เป็นอย่างไร และเหตุใดดวงจันทร์จึงมีธาตุเหล็กน้อย?
• การชนกันครั้งใหญ่กำหนดสถานะการหมุน ความเอียง และองค์ประกอบโดยรวมของดาวเคราะห์หินได้อย่างไร?
• น้ำและสารระเหยของโลกมาถึงมากน้อยเพียงใดในช่วงและหลังการพอกพูนช่วงปลาย?

Key theories

ต้นกำเนิดของดวงจันทร์จากการชนกันครั้งใหญ่

การชนกันระหว่างโลกยุคแรกเริ่มกับวัตถุขนาดเท่าดาวอังคารได้ขับไล่จานของวัสดุเนื้อดาวส่วนใหญ่ออกไป ซึ่งดวงจันทร์ได้พอกพูนขึ้นมา อธิบายถึงแกนเหล็กขนาดเล็กของดวงจันทร์และโมเมนตัมเชิงมุมสูงของระบบโลก-ดวงจันทร์

การประกอบดาวเคราะห์คล้ายโลกที่วุ่นวาย

การจำลอง N-body แสดงให้เห็นว่าประชากรของตัวอ่อนดาวเคราะห์วิวัฒนาการผ่านวงโคจรที่ตัดกันและการชนกันครั้งใหญ่แบบสุ่มกลายเป็นดาวเคราะห์คล้ายโลกจำนวนน้อย ซึ่งสร้างความหลากหลายในมวลและการหมุนของพวกมันโดยธรรมชาติ

Mechanisms

หลังจากจานแก๊สสลายตัว การรบกวนเชิงแรงโน้มถ่วงจะกระตุ้นวงโคจรของตัวอ่อนดาวเคราะห์จนกระทั่งพวกมันตัดกันและชนกัน การชนกันครั้งใหญ่จะปลดปล่อยพลังงานมหาศาล ทำให้ดาวเคราะห์หลอมละลายกลายเป็นมหาสมุทรแมกมา รวมแกนกลางที่เป็นโลหะ และขับไล่เศษซากที่สามารถพอกพูนกลับหรือก่อตัวเป็นดาวบริวาร การระดมยิงอย่างต่อเนื่องหลังจากการก่อตัวของแกนกลาง ซึ่งเรียกว่าการพอกพูนช่วงปลาย จะเพิ่มชั้นของวัสดุเข้าสู่เนื้อดาว

Clinical relevance

การชนกันครั้งใหญ่อธิบายลักษณะสำคัญของดาวเคราะห์หินและดวงจันทร์ และช่วยจำกัดการส่งน้ำและสารระเหยที่จำเป็นต่อชีวิตมายังโลกยุคแรกเริ่ม

History

สมมติฐานการชนกันครั้งใหญ่สำหรับดวงจันทร์เกิดขึ้นในช่วงกลางทศวรรษ 1970 จากผลงานของ Hartmann และ Davis และแยกกันโดย Cameron และ Ward และได้รับการสนับสนุนเชิงปริมาณจากการจำลองทางอุทกพลศาสตร์ เช่น ของ Canup และ Asphaug ในปี 2001 การศึกษา N-body ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมาได้สร้างภาพที่วุ่นวายและถูกครอบงำด้วยการชนกันของการก่อตัวของดาวเคราะห์คล้ายโลก

Debates

ความคล้ายคลึงกันทางไอโซโทปของโลกและดวงจันทร์

องค์ประกอบทางไอโซโทปที่เกือบจะเหมือนกันของโลกและดวงจันทร์นั้นยากที่จะอธิบายได้ด้วยดวงจันทร์ที่ก่อตัวขึ้นส่วนใหญ่จากวัตถุที่ชน ทำให้เกิดสถานการณ์การชนที่มีพลังงานสูงทางเลือกที่หลากหลาย

Key figures

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

Seminal works

• hartmanndavis1975
• canup2001
• chambers2001

Frequently asked questions

ดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร?

มุมมองชั้นนำคือวัตถุขนาดเท่าดาวอังคารชนเข้ากับโลกที่ยังเยาว์วัย ทำให้หินหลอมเหลวและกลายเป็นไอถูกเหวี่ยงเข้าสู่วงโคจร ซึ่งดวงจันทร์ได้พอกพูนขึ้นอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้อธิบายถึงแกนเหล็กขนาดเล็กของดวงจันทร์

การประกอบโลกขั้นสุดท้ายใช้เวลานานเท่าใด?

แบบจำลองและการหาอายุด้วยไอโซโทปบ่งชี้ว่าโลกส่วนใหญ่เติบโตเสร็จสิ้นภายในประมาณหนึ่งร้อยล้านปีแรกของประวัติศาสตร์ระบบสุริยะ โดยสิ้นสุดลงด้วยการชนที่ก่อให้เกิดดวงจันทร์