O que não pega volta ao redor:usando aprendizado de máquina e simulações de impactos gigantes, pesquisadores do Laboratório Lunar e Planetário descobriram que os planetas que residem nos sistemas solares internos provavelmente nasceram de repetidas colisões. desafiando modelos convencionais de formação de planetas.

Formação do planeta - o processo pelo qual, volta, planetas distintos se formam a partir de uma turbulência, nuvem rodopiante de asteróides robustos e mini planetas - era provavelmente ainda mais confusa e mais complicada do que a maioria dos cientistas gostaria de admitir, de acordo com uma nova pesquisa liderada por pesquisadores do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona.

As descobertas desafiam a visão convencional, em que colisões entre blocos de construção menores fazem com que eles fiquem juntos e, hora extra, repetidas colisões agregam novo material ao planeta bebê em crescimento.

Em vez de, os autores propõem e demonstram evidências para um novo cenário de "hit-and-run-return", em que corpos pré-planetários passaram uma boa parte de sua jornada através do sistema solar interno colidindo e ricocheteando uns nos outros, antes de se encontrarem novamente mais tarde. Tendo sido desacelerado pela primeira colisão, eles seriam mais propensos a ficarem juntos na próxima vez. Imagine um jogo de bilhar, com as bolas parando, em vez de atirar bolas de neve em um boneco de neve, e você entendeu.

A pesquisa foi publicada em dois relatórios publicados na edição de 23 de setembro de The Planetary Science Journal , com um enfocando Vênus e a Terra, e o outro na lua da Terra. Central para ambas as publicações, de acordo com a equipe do autor, que foi liderado por ciências planetárias e professor da LPL Erik Asphaug, é o ponto amplamente não reconhecido de que impactos gigantes não são as fusões eficientes que os cientistas acreditavam que fossem.

"Descobrimos que a maioria dos impactos gigantes, mesmo os relativamente "lentos", são atropelados. Isso significa que para dois planetas se fundirem, você geralmente precisa primeiro desacelerá-los em uma colisão de atropelamento, "Asphaug disse." Para pensar em impactos gigantes, por exemplo, a formação da lua, como um evento singular provavelmente está errado. O mais provável é que tenham ocorrido duas colisões consecutivas. "

Uma implicação é que Vênus e a Terra teriam experiências muito diferentes em seu crescimento como planetas, apesar de serem vizinhos imediatos no sistema solar interno. Nesse artigo, liderado por Alexandre Emsenhuber, que fez este trabalho durante uma bolsa de pós-doutorado no laboratório de Asphaug e agora está na Ludwig Maximilian University em Munique, a jovem Terra teria servido para desacelerar corpos planetários entrelaçados, tornando-os mais propensos a colidir e se prender a Vênus.

"Achamos que durante a formação do sistema solar, a Terra primitiva agia como uma vanguarda para Vênus, "Emsenhuber disse.

O sistema solar é o que os cientistas chamam de poço gravitacional, o conceito por trás de uma atração popular em exposições científicas. Os visitantes jogam uma moeda em um poço gravitacional em forma de funil, e então observe seu dinheiro completar várias órbitas antes de cair no buraco central. Quanto mais perto um planeta está do sol, mais forte é a gravidade experimentada pelos planetas. É por isso que os planetas internos do sistema solar em que esses estudos foram focados - Mercúrio, Vênus, Terra e Marte - orbitam o sol mais rápido do que, dizer, Júpiter, Saturno e Netuno. Como resultado, quanto mais perto um objeto se aventura do sol, o mais provável é que permaneça lá.

Então, quando um planeta entrelaçado atingiu a Terra, era menos provável que ficasse na Terra, e, em vez disso, é mais provável que acabe em Vênus, Asphaug explicou.

"A Terra atua como um escudo, proporcionando uma primeira parada contra esses planetas impactantes, "disse ele." Mais provavelmente do que não, um planeta que ricocheteia na Terra vai atingir Vênus e se fundir com ele. "

Emsenhuber usa a analogia de uma bola quicando escada abaixo para ilustrar a ideia do que impulsiona o efeito de vanguarda:um corpo vindo do sistema solar externo é como uma bola quicando por um lance de escadas, com cada salto representando uma colisão com outro corpo.

"Pelo caminho, a bola perde energia, e você descobrirá que sempre vai quicar lá embaixo, nunca lá em cima, "disse ele." Por causa disso, o corpo não pode mais deixar o sistema solar interno. Você geralmente só desce as escadas, em direção a Vênus, e um impactador que colide com Vênus fica muito feliz em permanecer no sistema solar interno, então, em algum ponto, ele atingirá Vênus novamente. "

A Terra não tem essa vanguarda para desacelerar seus planetas entrelaçados. Isso leva a uma diferença entre os dois planetas de tamanhos semelhantes que as teorias convencionais não podem explicar, os autores argumentam.

"A ideia predominante é que realmente não importa se os planetas colidem e não se fundem imediatamente, porque eles vão se encontrar novamente em algum ponto e então se fundir, "Emsenhuber disse." Mas não é isso que encontramos. Descobrimos que eles acabam se tornando parte de Vênus com mais frequência, em vez de voltar para a Terra. É mais fácil ir da Terra para Vênus do que o contrário. "

Para rastrear todas essas órbitas planetárias e colisões, e, finalmente, suas fusões, a equipe usou o aprendizado de máquina para obter modelos preditivos de simulações 3D de impactos gigantes. A equipe então usou esses dados para calcular rapidamente a evolução orbital, incluindo colisões de bater e correr e mesclar, para simular a formação de planetas terrestres ao longo de 100 milhões de anos. No segundo artigo, os autores propõem e demonstram seu cenário hit-and-run-return para a formação da lua, reconhecendo os principais problemas com o modelo de impacto gigante padrão.

"O modelo padrão para a lua requer uma colisão muito lenta, relativamente falando, "Asphaug disse, "e cria uma lua que é composta principalmente do planeta impactante, não a proto-Terra, o que é um grande problema, pois a lua tem uma química isotópica quase idêntica à da Terra. "

No novo cenário da equipe, um protoplaneta do tamanho de Marte atinge a Terra, como no modelo padrão, mas é um pouco mais rápido, então continua. Ele retorna em cerca de 1 milhão de anos para um impacto gigante que se parece muito com o modelo padrão.

“O duplo impacto mistura as coisas muito mais do que um único evento, "Asphaug disse, "o que poderia explicar a semelhança isotópica da Terra e da lua, e também como o segundo, devagar, a colisão de fusão teria acontecido em primeiro lugar. "

Os pesquisadores acreditam que a assimetria resultante na forma como os planetas foram formados aponta o caminho para estudos futuros que abordem a diversidade dos planetas terrestres. Por exemplo, não entendemos como a Terra acabou com um campo magnético muito mais forte do que o de Vênus, ou porque Vênus não tem lua.

Sua pesquisa indica diferenças sistemáticas na dinâmica e composição, de acordo com Asphaug.

"Em nossa visão, A Terra teria agregado a maior parte de seu material a partir de colisões que foram golpes frontais, ou então mais lento do que aqueles experimentados por Vênus, "disse ele." Colisões na Terra que fossem mais oblíquas e de alta velocidade teriam preferencialmente terminado em Vênus. "

Isso criaria um viés no qual, por exemplo, protoplanetas do sistema solar externo, em alta velocidade, teria preferencialmente agregado a Vênus em vez da Terra. Resumidamente, Vênus poderia ser composto de um material mais difícil de ser captado pela Terra.

"Você poderia pensar que a Terra é composta mais de material do sistema externo porque está mais próxima do sistema solar externo do que Vênus. Mas, na verdade, com a Terra neste papel de vanguarda, torna realmente mais provável que Vênus agregue material externo do sistema solar, "Asphaug disse.