Войти
Представление художника о Луне во время Поздняя тяжелая бомбардировка (вверху) и сегодня (внизу) Поздняя тяжелая бомбардировка (LHB ), или лунный катаклизм, является гипотетическим событием произошли приблизительно от 4,1 до 3,8 миллиарда лет (млрд лет назад), во время, соответствующее неохадейской и эоархейской эрам на Земле. Предполагается, что в течение этого интервала непропорционально большое количество астероидов столкнулись с ранними планетами земной группы во внутренней Солнечной системе, включая Меркурий, Венера, Земля и Марс. С 2018 года существование поздней тяжелой бомбардировки ставится под сомнение.
Доказательства существования LHB получены из лунных образцов, доставленных астронавтами Аполлона. Изотопное датирование пород Луны предполагает, что большинство ударных расплавов произошло в довольно узком интервале времени. Несколько гипотез пытаются объяснить очевидный всплеск потока ударников (т.е. астероидов и комет ) во внутренней Солнечной системе, но консенсуса пока нет. Модель Найс, популярная среди планетологов, постулирует, что планеты-гиганты претерпели орбитальную миграцию и при этом разбросали объекты в астероид и / или пояса Койпера выходят на эксцентрические орбиты и попадают на траекторию планет земной группы. Другие исследователи утверждают, что данные лунных образцов не требуют катастрофического кратера около 3,9 млрд лет, и что очевидная группировка возрастов ударного расплавления около этого времени является артефактом отбора проб материалов, извлеченных из одного большого ударного бассейна. Они также отмечают, что скорость образования кратеров может значительно отличаться между внешней и внутренней зонами Солнечной системы.
Основное свидетельство лунного катаклизма исходит от радиометрический возраст горных пород ударного расплава, которые были собраны во время миссий Аполлон. Считается, что большинство этих ударных расплавов образовалось во время столкновения астероидов или комет размером в десятки километров, образуя ударные кратеры диаметром в сотни километров. Места посадки Аполлона 15, 16 и 17 были выбраны из-за их близости к Имбриум, Нектарис и Serenitatis соответственно.
Явная группировка возрастов этих ударных расплавов, между примерно 3,8 и 4,1 млрд. Лет назад, привела к постулату о том, что эти эпохи фиксируют интенсивную бомбардировку Луны. Они назвали это «лунным катаклизмом» и предположили, что он представляет собой резкое увеличение скорости бомбардировки Луны около 3,9 млрд лет. Если эти ударные таяния произошли из этих трех бассейнов, то не только эти три выдающихся бассейна образовались внутри короткий промежуток времени, как и многие другие, основанные на стратиграфических признаках. В то время вывод посчитали спорным.
Чем больше данных становятся доступными, в частности, из лунных метеоритов, эта теория, в то время как до сих пор спорным, приобрел популярность. Считается, что лунные метеориты случайным образом отбирают образцы поверхности Луны, и по крайней мере некоторые из них должны были происходить из регионов, далеких от мест посадки Аполлона. Многие из полевых шпатов лунных метеоритов, вероятно, произошли с обратной стороны Луны, и недавно были датированы ударные плавления в них. В соответствии с гипотезой катаклизма, ни один из их возрастов не был старше примерно 3,9 млрд лет. Тем не менее, возрасты не «группируются» в эту дату, а охватывают 2,5–3,9 млрд лет.
Датировка ховардит, эвкрит и диогенит (HED) метеориты и метеориты H-хондрит, происходящие из пояса астероидов, имеют многочисленные возрасты от 3,4 до 4,1 млрд лет и более ранний пик на 4,5 млрд лет. Возраст 3,4–4,1 млрд лет был интерпретирован как увеличение скорости удара, поскольку компьютерное моделирование с использованием гидрокода показывает, что объем расплава при ударе увеличивается в 100–1000 раз по мере увеличения скорости удара от текущего пояса астероидов. в среднем от 5 км / с до 10 км / с. Скорости удара выше 10 км / с требуют очень больших наклонов или больших эксцентриситетов астероидов на орбитах, пересекающих планеты. Такие объекты редки в нынешнем поясе астероидов, но население могло бы значительно увеличиться из-за сметания резонансов из-за миграции гигантских планет.
Исследования распределения размеров кратеров на высокогорье показывают, что одно и то же семейство снарядов поразило Меркурий и Луна во время поздней тяжелой бомбардировки. Если история распада поздних тяжелых бомбардировок Меркурия также следовала истории поздних тяжелых бомбардировок Луны, самый молодой обнаруженный большой бассейн, Калорис, сопоставим по возрасту с самыми молодыми большими лунными бассейнами, Восточными и Имбриум и все равнинные единицы старше 3 миллиардов лет.
В то время как гипотеза катаклизма в последнее время приобрела популярность, особенно среди динамистов, которые выявили возможные причины для такого явления, катаклизм гипотеза остается спорная и на основании спорных предположений. Два критических замечания заключаются в том, что (1) «кластер» ударных возрастов может быть артефактом отбора проб из выброса одного бассейна, и (2) отсутствие пород ударного расплава старше примерно 4,1 млрд лет связано с тем, что все такие образцы были измельчены., или их возраст сбрасывается.
Первая критика касается происхождения горных пород ударного расплава, которые были отобраны в местах посадки Аполлона. В то время как эти ударные расплавы обычно приписывались происхождению из ближайшего бассейна, было высказано мнение, что большая часть из них могла быть получена из бассейна Имбриума. Ударный бассейн Имбриума является самым молодым и крупнейшим из многокольцевых бассейнов, обнаруженных на центральной ближней стороне Луны, и количественное моделирование показывает, что значительные количества выбросов от этого события должны присутствовать на всей территории Аполлона. посадочные площадки. Согласно этой альтернативной гипотезе, возраст группы ударных расплавов около 3,9 млрд лет просто отражает материал, собранный в результате одного ударного события, Имбриума, а не нескольких. Дополнительная критика также утверждает, что возрастной всплеск в 3,9 млрд лет, выявленный при датировании Ar / Ar, также может быть вызван эпизодическим ранним образованием коры с последующими частичными потерями Ar по мере снижения интенсивности воздействия.
Вторая критика касается значимости отсутствия ударных расплавленных пород старше 4,1 млрд лет. Одна из гипотез для этого наблюдения, не связанного с катаклизмом, состоит в том, что старые расплавленные породы действительно существовали, но что их радиометрический возраст был сброшен непрерывным воздействием ударных кратеров на последние 4 миллиарда лет. Более того, возможно, что все эти предполагаемые образцы могли быть измельчены до таких малых размеров, что невозможно определить возраст с помощью стандартных радиометрических методов. Последняя переинтерпретация статистики кратеров предполагает, что поток на Луне и Марсе в целом мог быть ниже. Таким образом, зарегистрированное население кратера можно объяснить отсутствием какого-либо пика во время самой ранней бомбардировки внутренней части Солнечной системы.
Если бы катастрофическое кратерное событие действительно произошло на Луне, Земля также пострадала бы. Экстраполяция скорости образования лунных кратеров на Землю в это время предполагает, что следующее число ящика rs могло бы образоваться:
До формулировки теории LHB геологи обычно предполагали, что Земля оставалась расплавленной примерно до 3,8 млрд лет. Эту дату можно было найти во многих из самые старые из известных горных пород со всего мира и, по-видимому, представляют собой сильную «точку отсечения», за которой более старые породы не могут быть найдены. Эти даты оставались довольно постоянными даже при использовании различных методов датирования, включая систему, считающуюся наиболее точной и наименее подверженной влиянию окружающей среды, уран-свинцовое датирование цирконов. Поскольку более древних пород найти не удалось, обычно предполагалось, что Земля оставалась расплавленной до этой даты, которая определяла границу между более ранними хадейскими и более поздними архейскими эонами. Тем не менее, в 1999 году возраст самой старой известной породы на Земле был определен как 4,031 ± 0,003 миллиарда лет, и она является частью Акаста-Гнейса Подчиненного кратона на северо-западе Канады.
Более старые породы могут быть найдены в виде фрагментов астероидов, которые падают на Землю в виде метеоритов. Подобно скалам на Земле, астероиды также показывают сильную точку отсечки, примерно на 4,6 млрд лет, которая считается временем, когда первые твердые тела образовались в протопланетном диске вокруг тогда еще молодого Солнца. Таким образом, Хадей был периодом времени между образованием этих ранних горных пород в космосе и окончательным затвердеванием земной коры примерно 700 миллионов лет спустя. На этот раз будет происходить аккреция планет с диска и медленное охлаждение Земли до твердого тела по мере высвобождения гравитационной потенциальной энергии аккреции.
Более поздние расчеты показали, что скорость обрушения и охлаждения зависит от размера скального тела. Масштабирование этой скорости к объекту с массой Земли предполагает очень быстрое охлаждение, для которого требуется всего 100 миллионов лет. В то время разница между измерением и теорией представляла собой загадку.
LHB предлагает возможное объяснение этой аномалии. Согласно этой модели, породы возрастом 3,8 млрд лет затвердели только после того, как большая часть коры была разрушена LHB. В совокупности Acasta Gneiss в североамериканском кратонном щите и гнейсы в пределах Jack Hills террейна Наррайер-Гнейс в Западной Австралии являются самыми древними континентальными фрагментами на Земле, но они кажутся датировать LHB. Самый старый минерал, который был датирован на Земле, циркон из Джек-Хиллз 4,404 млрд лет назад, но он, вероятно, представляет собой фрагмент коры, оставшийся до БГБ, содержащийся в гораздо более молодой (возраст ~ 3,8 млрд лет) породе.
Циркон Джек-Хиллз привел к некоторой революции в нашем понимании эона Хадея. Более старые ссылки обычно показывают, что у Хадейской Земли была расплавленная поверхность с выступающими вулканами. Само название «Хадей» относится к «адским» условиям, существовавшим на Земле в то время, от греческого Аид. Циркон знакомство предложило, хотя и спорна, что поверхность катархой была твердые, целомудренно, и покрыто кислыми океанами. Эта картина основана на наличии определенных соотношений изотопов, которые предполагают действие химии на водной основе за некоторое время до образования самых старых горных пород (см. Холодная ранняя Земля ).
. Особый интерес представляет Манфред Шидловски в 1979 г. соотношение изотопов углерода в некоторых осадочных породах, обнаруженных в Гренландии, было реликтом органического вещества. Было много споров по поводу точного датирования пород: Шидловски предполагал, что им было около 3,8 млрд лет, а другие предполагали более «скромные» 3,6 млрд. лет. В любом случае для абиогенеза это было очень короткое время, и, если Шидловски был прав, возможно, слишком короткое время. Поздняя тяжелая бомбардировка и «повторная бомбардировка» таяние "коры, которое он предлагает, обеспечивает временную шкалу, при которой это было бы возможно; жизнь либо образовалась сразу после поздней тяжелой бомбардировки, либо, что более вероятно, пережила ее, возникнув ранее во время хадейских. Недавние исследования показывают, что Камни, обнаруженные Шидловским, действительно относятся к более раннему концу возможного возрастного диапазона - примерно 3,85 млрд лет, что позволяет предположить, что последняя возможность является наиболее вероятным ответом. Более поздние исследования не нашли доказательств изотопно-легких соотношений углерода, которые были основанием для первоначальных заявлений.
Совсем недавно аналогичное исследование пород Джек-Хиллз показало следы того же самого типа потенциальных органических индикаторов. Торстен Гейслер из Института минералогии Мюнстерского университета изучил следы углерода, заключенного в небольших кусочках алмаза, и графита в цирконах, возраст которых составляет 4,25 млрд лет. Отношение углерода-12 к углероду-13 было необычно высоким., обычно это признак «обработки» жизнью.
Трехмерные компьютерные модели, разработанные в мае 2009 года группой из Университета Колорадо в Боулдере, постулируют, что большая часть земной коры и микробы, живущие в нем, могли пережить бомбардировку. Их модели предполагают, что, хотя поверхность Земли была бы стерилизована, гидротермальные источники под поверхностью Земли могли бы инкубировать жизнь, создав убежище для теплолюбивых микробов.
В апреле 2014 г. ученые сообщили об обнаружении свидетельств крупнейшего на сегодняшний день земного метеорита удара около пояса Гринстоуна Барбертона. По их оценкам, удар произошел около 3,26 миллиарда лет назад, а ширина ударного элемента была примерно от 37 до 58 километров (от 23 до 36 миль). Кратер от этого события, если он все еще существует, еще не обнаружен.
Моделирование, показывающее внешние планеты и планетезимальный пояс: (a) Ранний конфигурация, прежде чем Юпитер (зеленый) и Сатурн (оранжевый) достигнут резонанса 2: 1; (b) Рассеяние планетезималей во внутренние области Солнечной системы после орбитального сдвига Нептуна (темно-синий) и Урана (светло-синий); (c) После выброса планетезималей планетами. В модели Ниццы поздняя тяжелая бомбардировка является результатом динамической нестабильности во внешней Солнечной системе. Исходная симуляция модели Nice, выполненная Gomes et al. началось с планет-гигантов Солнечной системы с узкой орбитальной конфигурацией, окруженной богатым транснептуновым поясом. Объекты из этого пояса попадают на пересекающие планеты орбиты, заставляя орбиты планет перемещаться в течение нескольких сотен миллионов лет. Орбиты Юпитера и Сатурна медленно расходятся, пока не пересекают орбитальный резонанс 2: 1 , в результате чего эксцентриситет их орбит увеличивается. Орбиты планет становятся нестабильными, и Уран и Нептун рассеиваются на более широкие орбиты, которые нарушают внешний пояс, вызывая бомбардировку комет, когда они выходят на орбиты, пересекающие планеты. Взаимодействие между объектами и планетами также способствует более быстрой миграции орбит Юпитера и Сатурна. Эта миграция вызывает резонансы, охватывающие пояс астероидов, увеличивая эксцентриситет многих астероидов, пока они не войдут во внутреннюю часть Солнечной системы и не столкнутся с планетами земной группы.
Модель Ниццы претерпела некоторые изменения с момента ее первой публикации. Планеты-гиганты теперь начинаются в мультирезонансной конфигурации из-за ранней газовой миграции через протопланетный диск. Взаимодействие с транснептуновым поясом позволяет им уйти от резонансов через несколько сотен миллионов лет. Следующие встречи между планетами включают встречу между ледяным гигантом и Сатурном, который выводит ледяного гиганта на орбиту, пересекающую Юпитер, с последующей встречей с Юпитером, которая толкает ледяного гиганта наружу. Этот сценарий прыгающего Юпитера быстро увеличивает разделение Юпитера и Сатурна, ограничивая влияние резонансного смещения на астероиды и планеты земной группы. Хотя это требуется для сохранения низких эксцентриситетов планет земной группы и предотвращения выхода из пояса астероидов со слишком большим количеством астероидов с высоким эксцентриситетом, это также уменьшает долю астероидов, удаленных из основного пояса астероидов, оставляя теперь почти истощенную внутреннюю полосу . астероидов как основной источник ударов LHB. Ледяной гигант часто выбрасывается после встречи с Юпитером, что позволяет предположить, что Солнечная система началась с пяти планет-гигантов. Однако недавние работы показали, что ударов от этого внутреннего пояса астероидов недостаточно для объяснения образования древних слоев ударных сфер и лунных бассейнов, и что пояс астероидов, вероятно, не был источником поздней тяжелой бомбардировки.
Согласно одной планетезимальной модели создания планетной системы, самые удаленные планеты Уран и Нептун формировались очень медленно, в течение нескольких миллиардов лет.. Гарольд Левисон и его команда также предположили, что относительно низкая плотность материала во внешней Солнечной системе во время формирования планет могла бы значительно замедлить их аккрецию. Таким образом, это «позднее появление» этих планет было предложено как еще одна причина для LHB. Однако недавние расчеты газовых потоков в сочетании с неуправляемым ростом планетезималей во внешней Солнечной системе подразумевают, что планеты-гиганты формировались чрезвычайно быстро, порядка 10 млн. Лет, что не поддерживает это объяснение БГП.
Гипотеза Планеты V утверждает, что пятая планета земного типа создала Позднюю тяжелую бомбардировку, когда ее метастабильная орбита вошла во внутренний пояс астероидов. Гипотетическая пятая планета земного типа, Планета V, имела массу меньше половины Марса и первоначально вращалась между Марсом и поясом астероидов. Орбита планеты V стала нестабильной из-за возмущений со стороны других внутренних планет, заставивших ее пересечь внутренний пояс астероидов. После близких столкновений с Планетой V многие астероиды вышли на орбиты, пересекающие Землю, что привело к поздней тяжелой бомбардировке. Планета V в конечном итоге была потеряна, вероятно, погрузившись в Солнце. При численном моделировании было показано, что неравномерное распределение астероидов, при котором астероиды сильно сконцентрированы в направлении внутреннего пояса астероидов, является необходимым для создания LHB посредством этого механизма. Альтернативная версия этой гипотезы, в которой лунные столкновения представляют собой обломки, образовавшиеся в результате столкновения Планеты V с Марсом, образующего Borealis Basin, была предложена для объяснения небольшого количества гигантских лунных бассейнов по сравнению с кратерами и отсутствия свидетельства кометных столкновений.
Гипотеза, предложенная Матия Чук, утверждает, что последние несколько ударов, образующих бассейн, были результатом столкновения большого Марса. пересечение астероида. Этот астероид размером Веста был остатком населения, которое изначально было намного больше, чем нынешний главный пояс астероидов. Большая часть столкновений до наступления Имбриума была вызвана этими объектами, пересекающими Марс, а ранние бомбардировки продолжались до 4,1 миллиарда лет назад. Затем последовало затишье в ударах, образующих бассейн, во время которого магнитное поле Луны ослабло. Затем примерно 3,9 миллиарда лет назад катастрофический удар разрушил астероид размером с Весту, что радикально увеличило количество пересекающих Марс объектов. Многие из этих объектов затем эволюционировали на орбиты, пересекающие Землю, вызывая всплеск интенсивности лунных столкновений, во время которого формируются последние несколько лунных бассейнов. Чук указывает на слабый или отсутствующий остаточный магнетизм последних нескольких бассейнов и изменение частотно-размерного распределения кратеров, образовавшихся во время этой поздней бомбардировки, как свидетельство, подтверждающее эту гипотезу. Время и причина изменения частотно-размерного распределения кратеров спорны.
Был исследован ряд других возможных источников поздней тяжелой бомбардировки. Среди них - дополнительные спутники Земли, вращающиеся независимо или в качестве лунных троянов, планетезимали, оставшиеся от образования планет земной группы, со-орбиталей Земли или Венеры, а также распад крупного астероида главного пояса. Было показано, что дополнительные спутники Земли на независимых орбитах быстро попадали в резонанс во время раннего орбитального расширения Луны, вызванного приливом, и были потеряны или уничтожены в течение нескольких миллионов лет. Было обнаружено, что лунные трояны были дестабилизированы в течение 100 миллионов лет из-за солнечного резонанса, когда Луна достигла 27 радиусов Земли. Было показано, что планетезимали, оставшиеся от образования планет земной группы, слишком быстро истощились из-за столкновений и выбросов, чтобы сформировать последние лунные бассейны. Долгосрочная стабильность первичных коорбиталей Земли или Венеры (трояны или объекты с подковообразными орбитами) в сочетании с отсутствием текущих наблюдений указывает на то, что они вряд ли были достаточно распространены, чтобы вносить вклад в LHB. Было обнаружено, что образование LHB в результате столкновения с астероидом главного пояса требует как минимум 1000–1500 км родительского тела с наиболее благоприятными начальными условиями. Обломки, образовавшиеся в результате столкновений между внутренними планетами, которые теперь потеряны, также были предложены в качестве источника LHB.
Были найдены доказательства поздней тяжелой бомбардировки условия вокруг звезды Эта Корви.
