Wie ist das Sonnensystem entstanden?

Das letzte schwere Bombardement war eine Zeit des Wandels und der Zerstörung und formte das Sonnensystem in die Ordnung, wie wir es heute kennen. Bildquelle: iStock

Als das Sonnensystem vor 4,5 Milliarden Jahren entstand, war es ein gewalttätiger Ort.

Doch schnell, vor etwa 4,4 Milliarden Jahren, hatten sich die Planeten des Sonnensystems zu einer vertrauten Konfiguration beruhigt – mehrere felsige innere Planeten, umgeben von Gasriesen, umgeben von eisigen Objekten.

Dann, vor vier Milliarden Jahren, geschah etwas Katastrophales.

Die Planeten gerieten erneut ins Chaos und das Gesicht des Sonnensystems veränderte sich für immer.

Diese Zeit des Umbruchs enthüllt verblüffende Wahrheiten über die Entwicklung unseres Heimatplanetensystems und vielleicht auch über die Ursprünge des Lebens selbst.

In den ersten hundert Millionen Jahren unseres Sonnensystems verklumpten die Anfänge von Planeten aus dem Staub einer kochenden protoplanetaren Scheibe um unseren jungen Stern.

Häufig kollidierten die jungen Planeten und wurden größer, manchmal wurden sie jedoch vollständig zerstört.

Zunächst einmal ähnelte dieses frühe Sonnensystem weitgehend dem heutigen, es gab jedoch einige wesentliche Unterschiede.

„Heute haben wir Riesenplaneten vom Jupiter in etwa 5 AE von der Sonne bis zum Neptun in etwa 30 AE“, sagt William Bottke vom Southwest Research Institute in Boulder, Colorado.

1 AE ist der Abstand zwischen der Erde und der Sonne.

„Modellierungsarbeiten zeigen, dass die Eisriesen Neptun und Uranus niemals ihre heutige Größe erreicht hätten, wenn sie sich in der aktuellen Planetenkonfiguration hätten bilden müssen.

„Studien deuten stattdessen darauf hin, dass sich alle diese Körper zwischen etwa 5 und 20 AE gebildet haben. Dahinter liegt der Kuipergürtel.

„Das Interessante am Kuipergürtel ist, dass viele Objekte ganz besondere Umlaufbahnen haben, sogenannte Resonanzen. Es ist sehr schwer, sie in diese Resonanzen zu bringen.“

Eine Resonanzbahn liegt vor, wenn das Verhältnis zwischen den Umlaufbahnen zweier Körper zwei ganze Zahlen beträgt.

Pluto und Neptun haben eine gemeinsame Resonanz: Für alle zwei Umlaufbahnen, die Pluto macht, vollendet Neptun drei.

Um zu erklären, was diese Resonanzen sowie die Veränderung der Positionen der Eisriesen verursacht haben könnte, entwickelte eine Gruppe von Forschern in Nizza, Frankreich, im Jahr 2005 das sogenannte Nizza-Modell.

„Sie schlugen vor, dass es einen gigantischen Kuipergürtel mit vielleicht zehn Erdmassen darin gäbe“, sagt Bottke.

„Auf diese Weise können Sie Neptun und Uranus in angemessenen Zeiträumen bilden und viele Pluto-ähnliche Objekte in der Urscheibe herstellen.“

Mit diesem Aufbau erstellte das Team ein Computermodell des frühen Sonnensystems.

Es wird angenommen, dass ein paar hundert Jahre nach der Entstehung des Jupiter übrig gebliebenes Gas den Planeten mitgerissen hat und ihn tiefer in das Sonnensystem driften ließ.

Dies führte mit der Zeit dazu, dass die Riesenplaneten in Resonanz gerieten und ihre kombinierte Schwerkraft auf die umliegenden Kuipergürtel-Objekte einwirkte und sie nach innen zog.

Diese Körper wiederum zogen die Umlaufbahnen der Gasriesen an.

Obwohl die Wirkung im Vergleich zu den Planeten nur gering war, begannen die eisigen Felsen nach und nach, das prekäre Gravitationsgleichgewicht zu stören.

„Sie fanden heraus, dass Uranus und Neptun in die Urscheibe eindringen und tatsächlich über diese hinweg wandern, wenn das System instabil wird. Die Umlaufbahnen der Riesenplaneten sind am Ende fast identisch mit denen, die wir heute sehen“, sagt Bottke.

Dies hätte das Sonnensystem ins Chaos gestürzt.

Dem Modell zufolge bewegte sich Jupiter nach innen, während die anderen Gasriesen herauszogen.

Im Gegenzug wurden die inneren Planeten durcheinandergeschüttelt und verschoben, wodurch einige von ihnen in äußerst exzentrische Umlaufbahnen geschleudert wurden, die einige unserer Geschwister möglicherweise in die Galaxis geschleudert hätten.

„Es gibt ziemlich überzeugende Beweise dafür, dass wir nicht mit vier Riesenplaneten begonnen haben, sondern mit fünf.

Wir hatten einen zusätzlichen Neptun und haben ihn dabei verloren.

Jupiter ist so massiv, dass alles, was ihm begegnet, eine gute Chance hat, aus dem Sonnensystem geschleudert zu werden“, sagt Bottke.

Die Hinzufügung eines fünften Planeten zum Nizza-Modell trägt auch zur Erklärung der Beobachtungen der kleinen Körper um Jupiter sowie bestimmter Aspekte des Asteroidengürtels bei.

Könnte es sein, dass unser lange verschollener Bruder derzeit zwischen den fernen Sternen schwebt?

Aber Planeten sind nicht die einzigen Dinge, von denen das Nizza-Modell vorhersagt, dass sie in dieser Zeit verlagert werden.

Der Kuipergürtel enthält derzeit etwa die gleiche Masse wie der Mars, was bedeutet, dass bei dieser Planetenumbildung 99 Prozent seiner Masse neu verteilt worden wären.

Viele Körper des Kuipergürtels wurden in Richtung des inneren Sonnensystems geschickt.

Und es sind die Narben, die diese Einschläge hinterlassen, die helfen könnten, ein Mondgeheimnis zu erklären, das schon existiert, seit die ersten Mondgesteinsproben von den Apollo-Missionen zurückgebracht wurden.

„Mehr als man erwarten würde, waren viele der Apollo-Proben bei Einschlägen geschmolzen, die vor etwa 3,9 Milliarden Jahren stattfanden“, sagt Barbara Cohen, Planetenforscherin am Marshall Space Flight Center der NASA.

„Man könnte meinen, dass es viele Einschlagskrater aus der Zeit der Mondentstehung vor 4,5 Milliarden Jahren geben würde, die abfallen würden, wenn die Impaktoren aufgebraucht wären, aber wir haben keine gesehen.

Stattdessen haben wir vor 3,9 Milliarden Jahren viel gesehen, was ein seltsames und ungewöhnliches Ergebnis war.“

Apollo-Wissenschaftler stellten die Hypothese auf, dass das innere Sonnensystem vor 3,9 Milliarden Jahren mit kometenähnlichen Objekten mit einer Einschlagsgeschwindigkeit beworfen wurde, die 100-mal größer war als heute – eine Ära, die heute als spätes schweres Bombardement (LHB) bekannt ist.

Allerdings stammten alle Apollo-Proben aus einem begrenzten Bereich des Mondes, in der Nähe des großen Imbrium-Beckens.

Dieser 1.150 km breite Krater ist das Ergebnis eines gewaltigen Einschlags vor 3,85 bis 3,9 Milliarden Jahren, der anschließend mit Lava überflutet wurde.

Obwohl dies eines der größten Beispiele für die Auswirkungen des LHB auf die Mondlandschaft ist, besteht auch die Möglichkeit, dass alle Apollo-Proben lediglich Auswurfmaterial dieses einen Ereignisses waren

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Um ein größeres Bild zu erhalten, musste Cohen auf unsere einzigen anderen Proben vom Mond schauen – Mondmeteoriten.

„Die Meteoriten, die ich mir angesehen habe, stammen von Orten, an denen die Astronauten nicht waren. Sie haben unterschiedliche geochemische Signaturen, daher gehen wir davon aus, dass sie von weit entfernten Orten stammen“, sagt sie.

„Ich fand keinen von ihnen sehr alt. Wir sehen eine große Anhäufung nach 3,9 Milliarden Jahren mit einem langen Nachlauf.

Das sagt uns, dass es eine längere Einschlagsrate auf dem Mond gab und die Einschläge dann mit der Zeit immer kleiner wurden.“

Andere Meteoriten des Asteroiden Vesta erzählen weitgehend die gleiche Geschichte und deuten darauf hin, dass es vor vier bis 4,5 Milliarden Jahren keine Einschläge gab.

Wenn man sich jedoch auf Meteoriten verlässt, sind Forscher, die die Bombardierungsgeschichte des Sonnensystems untersuchen, eingeschränkt, da sie nur untersuchen können, was zufällig auf der Erde ankommt.

Derzeit ist es unmöglich, Meteoriten von Merkur und Venus zu identifizieren, und alle bekannten Marsgesteine ​​sind vulkanischen Ursprungs.

Dies hinterlässt große Lücken in der Zeitleiste des Einschlags, die wahrscheinlich nicht gefüllt werden, bis wir die Krater direkt testen können.

Zum Glück könnte dieser Tag relativ bald kommen.

„Ich entwickle ein Instrument, das wir zum Mars mitnehmen könnten, um Einschlagskrater zu finden und sie geochronologisch zu untersuchen“, sagt Cohen.

„Es hätte eine Genauigkeit von etwa 100 Millionen Jahren, ein paar Prozent des Alters des Kraters.

Das ist gut genug, um große geologische Ereignisse in der Geschichte des Planeten zu unterscheiden.“

Eine vollständige Auswirkungsgeschichte wird sich bei der Lösung einer der Hauptdebatten rund um das LHB als nützlich erweisen.

„Die Frage ist, ob der LHB ein einzigartiges Ereignis war“, sagt Herbert Frey, Leiter des Labors für Planetengeologie, Geophysik und Geochemie des NASA Goddard Space Flight Center.

„Astronomen wollten schon immer wissen, ob es sich um einen Anstieg der Einschlagsrate handelt oder ob es sich um das Ende eines Bombardements handelt, das schon seit langer Zeit andauert, und wir sehen nur diejenigen, die überlebt haben, weil sie hereingekommen sind.“ zuletzt."

Für diejenigen, die das Nizza-Modell in Betracht ziehen, ist es von entscheidender Bedeutung, den genauen Zeitpunkt des Bombardements zu verstehen.

Die Länge der Verzögerung zwischen der Entstehung des Sonnensystems und der Bombardierung ist von entscheidender Bedeutung, um herauszufinden, wie unser Universum vor der Migration aussah.

Auch wenn dieses Zeitalter noch immer von vielen Geheimnissen umgeben ist, ist eines sicher: Unser Sonnensystem hat sich vor vier Milliarden Jahren zu einem ganz anderen Ort entwickelt.

Auf der Erde fällt das Ende des späten schweren Bombardements (LHB) mit einer weiteren wichtigen Epoche für unseren Planeten zusammen – der Entstehung des Lebens.

Als der LHB zum ersten Mal postuliert wurde, ging man davon aus, dass kometenähnliche Impaktoren die lebensnotwendigen Bestandteile, insbesondere Wasser, mitgebracht haben könnten.

Ergebnisse von Missionen wie Rosetta zeigen jedoch, dass es unwahrscheinlich ist, dass Kometen nennenswerte Mengen Wasser auf die Erde gebracht haben, obwohl sie möglicherweise andere präbiotische Verbindungen wie Kohlenwasserstoffe mitgebracht haben.

Eine andere Theorie besagt, dass Leben schon lange vor dem Bombardement entstanden sei, alle Beweise jedoch durch das Sperrfeuer ausgelöscht worden seien.

Wenn dem so wäre, hätten nur die robustesten Lebewesen überlebt. Eine Auswirkung, die groß genug wäre, um Auswirkungen auf die globale Umwelt zu haben, hätte etwa alle hundert Jahre stattgefunden.

Und etwa alle 10 Millionen Jahre hätte es einen Einschlag gegeben, der groß genug war, um bis zu 10 Prozent der Oberfläche zu schmelzen.

Aber selbst solche kolossalen Kollisionen hätten nicht alle Zufluchtsorte für Leben auf dem Planeten zerstört.

Auch wenn die obersten paar Kilometer des Ozeans verdampfen könnten, könnte immer noch genug Wasser zurückbleiben, damit Leben überleben kann.

„Es ist durchaus möglich, dass das Leben schon früher begann und Wege gefunden hat, sich selbst zu schützen“, sagt Herbert Frey vom Goddard Space Flight Center der NASA.

„Ich denke, das Leben ist ziemlich hart, wenn es einmal angefangen hat, und vielleicht hat es einen Weg gefunden, damit zu überleben.“