Une surface lunaire fortement cratérisée en bombardant des astéroïdes. Crédit d'image: NASA Cliquez pour agrandir
Selon des chercheurs de l'Université de Californie à Santa Cruz, des collisions entre des planètes embryonnaires au cours d'une période critique de l'histoire du système solaire pourraient expliquer certaines propriétés jusque-là inexpliquées des planètes, des astéroïdes et des météorites. leurs conclusions dans le numéro du 12 janvier de la revue Nature.
Les quatre planètes «terrestres» ou rocheuses (Terre, Mars, Vénus et Mercure) sont le produit d'une période initiale, de dizaines de millions d'années, de violentes collisions entre des corps planétaires de différentes tailles. Les scientifiques ont principalement considéré ces événements en termes d'accrétion de nouveaux matériaux et d'autres effets sur la planète impactée, alors que peu d'attention a été accordée à l'impacteur. (Par définition, l'impacteur est le plus petit des deux corps en collision.)
Mais quand les planètes entrent en collision, elles ne collent pas toujours ensemble. Environ la moitié du temps, un impacteur de la taille d'une planète frappant un autre corps de la taille d'une planète rebondira, et ces collisions avec délit de fuite ont des conséquences dramatiques pour l'impacteur, a déclaré Erik Asphaug, professeur agrégé des sciences de la Terre à l'UCSC et premier auteur de le papier Nature.
"Vous vous retrouvez avec des planètes qui laissent la scène du crime très différente de leur arrivée - elles peuvent perdre leur atmosphère, leur croûte, même leur manteau, ou elles peuvent être déchirées en une famille de petits objets", a déclaré Asphaug. .
Les restes de ces impacteurs perturbés se trouvent dans toute la ceinture d'astéroïdes et parmi les météorites, qui sont des fragments d'autres corps planétaires qui ont atterri sur Terre, a-t-il déclaré. Même la planète Mercure a peut-être été un impacteur avec fuite dont la plupart de ses couches externes ont été arrachées, lui laissant un noyau relativement gros et une croûte et un manteau minces, a déclaré Asphaug. Ce scénario reste cependant spéculatif et nécessite une étude supplémentaire, a-t-il déclaré.
Asphaug et chercheur postdoctoral Craig Agnor ont utilisé des ordinateurs puissants pour exécuter des simulations d'une gamme de scénarios, des rencontres de pâturage aux coups directs entre des planètes de tailles comparables. Le coauteur Quentin Williams, professeur de sciences de la Terre à l'UCSC, a analysé les résultats de ces simulations en termes d'effets sur la composition et l'état final des objets restants.
Les chercheurs ont découvert que même des rencontres rapprochées dans lesquelles les deux objets ne se heurtent pas réellement peuvent gravement affecter le plus petit objet.
"Alors que deux objets massifs passent l'un près de l'autre, les forces gravitationnelles induisent des changements physiques spectaculaires - décompressant, fondant, enlevant le matériau et même annihilant le plus petit objet", a déclaré Williams. «Vous pouvez faire beaucoup de physique et de chimie sur des objets du système solaire sans même les toucher.»
Une planète exerce une énorme pression sur elle-même par le biais de l'auto-gravité, mais l'attraction gravitationnelle d'un objet plus grand passant à proximité peut entraîner une chute abrupte de cette pression. Les effets de cette dépressurisation peuvent être explosifs, a déclaré Williams.
«C'est comme déboucher la boisson la plus gazéifiée du monde», a-t-il déclaré. «Ce qui se passe quand une planète est décompressée de 50% est quelque chose que nous ne comprenons pas très bien à ce stade, mais cela peut changer la chimie et la physique partout, produisant une complexité de matériaux qui pourrait très bien expliquer l'hétérogénéité nous voyons dans les météorites. "
On pense que la formation des planètes terrestres a commencé par une phase d'accrétion douce au sein d'un disque de gaz et de poussière autour du Soleil. Les planètes embryonnaires ont englouti une grande partie des matériaux qui les entourent jusqu'à ce que le système solaire interne héberge environ 100 planètes de la taille de la Lune à la taille de Mars, a déclaré Asphaug. Les interactions gravitationnelles entre elles et avec Jupiter ont ensuite jeté ces protoplanètes hors de leurs orbites circulaires, déclenchant une ère d'impacts géants qui a probablement duré 30 à 50 millions d'années, a-t-il déclaré.
Les scientifiques ont utilisé des ordinateurs pour simuler la formation des planètes terrestres à partir de centaines de corps plus petits, mais la plupart de ces simulations ont supposé que lorsque les planètes entrent en collision, elles collent, a déclaré Asphaug.
"Nous avons toujours su que c'était une approximation, mais il n'est en fait pas facile pour les planètes de fusionner", a-t-il déclaré. "Nos calculs montrent qu'ils doivent se déplacer assez lentement et frapper presque de front pour s'accumuler."
Il est facile pour une planète d'attirer et d'accréter un objet beaucoup plus petit que lui. Dans les impacts géants entre des corps de la taille d'une planète, cependant, l'impacteur est comparable en taille à la cible. Dans le cas d'un impacteur de taille Mars frappant une cible de la taille de la Terre, l'impacteur aurait un dixième de la masse mais entièrement la moitié du diamètre de la Terre, a déclaré Asphaug.
«Imaginez deux planètes en collision, une moitié aussi grande que l'autre, à un angle d'impact typique de 45 degrés. Environ la moitié de la petite planète n’intersecte pas vraiment la plus grande planète, tandis que l’autre moitié est arrêtée sur ses traces », a déclaré Asphaug. "Il y a donc un énorme cisaillement en cours, puis vous avez des forces de marée incroyablement puissantes agissant à de courtes distances. La combinaison fonctionne pour séparer la petite planète même lorsqu'elle part, donc dans les cas les plus graves, l'impacteur perd une grande partie de son manteau, sans parler de son atmosphère et de sa croûte. "
Selon Agnor, tout le problème de la formation des planètes est très complexe, et il sera nécessaire d'étudier plus en détail le rôle joué par les collisions fragmentées par délit de fuite. Cependant, en examinant les collisions planétaires du point de vue de l'impacteur, les chercheurs de l'UCSC ont identifié des mécanismes physiques qui peuvent expliquer de nombreuses caractéristiques déroutantes des astéroïdes.
Les collisions avec délit de fuite peuvent produire un large éventail de différents types d'astéroïdes, a déclaré Williams. "Certains astéroïdes ressemblent à de petites planètes, pas très perturbées, et à l'autre extrémité du spectre sont celles qui ressemblent à des os de chien riches en fer dans l'espace", a-t-il déclaré. «Il s'agit d'un mécanisme qui peut retirer différentes quantités du matériau rocheux qui compose la croûte et le manteau. Ce qui reste peut aller du cœur riche en fer à toute une série de mélanges avec différentes quantités de silicates. »
L'une des énigmes de la ceinture d'astéroïdes est la preuve de la fonte mondiale généralisée des astéroïdes. Le chauffage par impact est inefficace car il dépose de la chaleur localement. On ne sait pas ce qui pourrait transformer un astéroïde en une grosse goutte fondue, mais la dépressurisation dans une collision avec délit de fuite pourrait faire l'affaire, a déclaré Asphaug.
"Si la pression baisse d'un facteur deux, vous pouvez passer de quelque chose qui est simplement chaud à quelque chose de fondu", a-t-il déclaré.
La dépressurisation peut également faire bouillir l'eau et libérer des gaz, ce qui expliquerait pourquoi de nombreuses météorites différenciées ont tendance à être exemptes d'eau et d'autres substances volatiles. Ces processus et d'autres impliqués dans les collisions avec délit de fuite devraient être étudiés plus en détail, a déclaré Asphaug.
"Il s'agit d'un nouveau mécanisme d'évolution planétaire et de formation d'astéroïdes, et il suggère de nombreux scénarios intéressants qui méritent une étude plus approfondie", a-t-il déclaré.
Source d'origine: NASA Astrobiology
