Bồi tụ giai đoạn cuối và các va chạm khổng lồ

Giai đoạn cuối hỗn loạn của quá trình hình thành các hành tinh đất đá, khi một vài chục phôi có kích thước từ Mặt Trăng đến Sao Hỏa va chạm để tạo thành các hành tinh đá.

Definition

Bồi tụ giai đoạn cuối là giai đoạn cuối cùng của sự hình thành hành tinh đất đá, trong đó các phôi hành tinh lớn va chạm và hợp nhất thông qua các va chạm khổng lồ, hoàn thành quá trình hình thành các hành tinh đá.

Scope

Chủ đề này bao gồm giai đoạn cuối cùng của sự hình thành hành tinh đá, trong đó các tương tác hấp dẫn giữa các phôi hành tinh thúc đẩy các quỹ đạo cắt nhau và một chuỗi các va chạm khổng lồ kéo dài hàng chục triệu năm. Nó bao gồm các mô hình N-vật thể về sự hình thành hành tinh đất đá, năng lượng và hậu quả của các va chạm khổng lồ như các đại dương magma và sự hợp nhất lõi, nguồn gốc của Mặt Trăng từ va chạm khổng lồ, và vai trò của bồi tụ muộn trong việc cung cấp các chất dễ bay hơi và các nguyên tố ưa sắt cao cho lớp phủ hành tinh.

Core questions

• Các tương tác hấp dẫn giữa các phôi dẫn đến số lượng và khoảng cách cuối cùng của các hành tinh đất đá như thế nào?
• Điều kiện của va chạm hình thành Mặt Trăng là gì, và tại sao Mặt Trăng lại thiếu sắt?
• Các va chạm khổng lồ đã thiết lập trạng thái quay, độ nghiêng trục và thành phần khối lượng của các hành tinh đá như thế nào?
• Bao nhiêu lượng nước và chất dễ bay hơi của Trái Đất đã đến trong và sau quá trình bồi tụ muộn?

Key theories

Nguồn gốc Mặt Trăng từ va chạm khổng lồ

Một vụ va chạm giữa tiền Trái Đất và một thiên thể có kích thước Sao Hỏa đã đẩy một đĩa vật chất chủ yếu là lớp phủ ra khỏi quỹ đạo, từ đó Mặt Trăng bồi tụ, giải thích cho lõi sắt nhỏ của Mặt Trăng và động lượng góc cao của hệ Trái Đất-Mặt Trăng.

Sự hình thành hành tinh đất đá hỗn loạn

Các mô phỏng N-vật thể cho thấy một quần thể các phôi hành tinh tiến hóa thông qua các quỹ đạo cắt nhau và các va chạm khổng lồ ngẫu nhiên thành một số ít các hành tinh đất đá, tự nhiên tạo ra sự đa dạng về khối lượng và tốc độ quay của chúng.

Mechanisms

Sau khi đĩa khí phân tán, các nhiễu loạn hấp dẫn kích thích quỹ đạo của các phôi hành tinh cho đến khi chúng cắt nhau và va chạm. Các va chạm khổng lồ giải phóng năng lượng khổng lồ, làm nóng chảy các hành tinh thành các đại dương magma, hợp nhất các lõi kim loại và đẩy vật chất vụn ra ngoài, vật chất này có thể bồi tụ lại hoặc hình thành một vệ tinh. Sự bắn phá liên tục sau khi hình thành lõi, được gọi là bồi tụ muộn, bổ sung một lớp vật liệu vào lớp phủ.

Clinical relevance

Các va chạm khổng lồ giải thích các đặc điểm chính của các hành tinh đá và Mặt Trăng, đồng thời giúp xác định giới hạn việc cung cấp nước và các chất dễ bay hơi thiết yếu cho sự sống đến Trái Đất sơ khai.

History

Giả thuyết va chạm khổng lồ về sự hình thành Mặt Trăng xuất hiện vào giữa những năm 1970 từ công trình của Hartmann và Davis, và độc lập, của Cameron và Ward, và nhận được sự hỗ trợ định lượng từ các mô phỏng thủy động lực học như của Canup và Asphaug vào năm 2001. Các nghiên cứu N-vật thể từ những năm 1990 trở đi đã thiết lập bức tranh hỗn loạn, bị chi phối bởi va chạm về sự hình thành hành tinh đất đá.

Debates

Sự tương đồng đồng vị của Trái Đất và Mặt Trăng

Thành phần đồng vị gần như giống hệt nhau của Trái Đất và Mặt Trăng khó có thể dung hòa với một Mặt Trăng được hình thành chủ yếu từ vật thể va chạm, thúc đẩy một loạt các kịch bản va chạm năng lượng cao thay thế.

Key figures

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

Seminal works

• hartmanndavis1975
• canup2001
• chambers2001

Frequently asked questions

Mặt Trăng hình thành như thế nào?

Quan điểm hàng đầu là một thiên thể có kích thước Sao Hỏa đã va vào Trái Đất non trẻ, đẩy đá nóng chảy và hóa hơi vào quỹ đạo, từ đó Mặt Trăng nhanh chóng bồi tụ; điều này giải thích lõi sắt nhỏ của Mặt Trăng.

Quá trình hình thành cuối cùng của Trái Đất mất bao lâu?

Các mô hình và niên đại đồng vị cho thấy Trái Đất đã hoàn thành phần lớn sự phát triển của mình trong khoảng một trăm triệu năm đầu tiên của lịch sử Hệ Mặt Trời, kết thúc bằng va chạm hình thành Mặt Trăng.