Mallinnus: Marsin pikkukuut syntyivät jättitörmäyksessä

Ke, 07/06/2016 - 06:40 Jarmo Korteniemi
Kuva:  Université Paris Diderot / Labex UnivEarthS

Tuore tutkimus on onnistunut ensimmäistä kertaa simuloimaan, kuinka Marsin kuut ovat voineet syntyä. Tapahtuma muistuttaa yllättävän paljon oman Kuumme alkuhetkiä, vaikka tulos onkin aivan erilainen.

Naapuriplaneetallamme on kaksi pientä kuuta, Phobos ja Deimos. Kuiden suurin mysteeri on aina ollut niiden alkuperä. Kuinka ihmeessä kaksi ilmiselvää asteroidia on päätynyt kiertämään Marsia lähes täydellisillä ympyräradoilla?

Nature Geoscience -tiedelehdessä julkaistussa uudessa tutkimuksessa onnistuttiin pääsemään lähemmäs asian selvittämistä. Siinä saatiin vihdoin toistettua tapahtumien mahdollinen kulku.

Kuiden synty näyttää olevan suuressa törmäyksessä noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Marsiin törmäsi tuolloin suuri protoplaneetta, ja räjähdyksestä lentänyt materia muodosti tiiviin rengassysteemin sen ympärille. Sittemmin aineesta kasautui jopa 7–8 erillistä pikkukuuta, suurimmat kiekon sisäosiin. Kaikkein suurin niistä oli halkaisijaltaan ehkä 200-kilometrinen.

Suurin osa sisimmistä kuista törmäsi takaisin Marsiin vain muutamassa miljoonassa vuodessa. Ainoat pidempiaikaiset kuut ovat Phobos ja Deimos – ja niistäkin sisempi tulee putoamaan alas (geologisessa) lähitulevaisuudessa.

Simulaation tulokset ovat kauniita, jopa elegantteja. Tärkeitä ne ovat kuitenkin siksi, että ne ovat testattavissa.

Tulevat luotainlennot pystyvät selvittämään, koostuvatko kuut keskenään samankaltaisesta materiaalista. Sekä etenkin sen, onko niillä jotain yhteistä Marsin kanssa. Mallin mukaan niiden pitäisi olla sekalaisia kasoja proto-Marsin vaippaa sekä törmääjää. (Viimeisimmät havainnot itse asiassa kertovat kummankin kuun todella olevan isoja kivimurskalekasoja, mikä on todella hyvä merkki tälle mallille).

Ja emoplaneetaltakin voisi löytyä jälkiä tapahtumasta. Vaikka muiden kuiden tuhoutumisesta onkin jo kauan, Marsin pinnalta voisi kenties löytyä merkkejä tapahtumista sopivien kraatterien muodossa. Nyt tiedetään, mitä pitäisi etsiä.

Kuva: Törmäysteorioiden mukaiset syntytavat Kuulle sekä Phobokselle, Deimokselle ja niiden tuhoutuneille sisaruksille. Maa ja Mars on skaalattu saman kokoisiksi. (Jarmo Korteniemi).

Kuut hieman kuin Kuu

Koko prosessi muistuttaa kovin oman Kuumme syntyä. Siitäkin väännettiin aikanaan kättä pitkään, kunnes jättitörmäyksen todettiin selittävän havainnot parhaiten. Erona Marsin tapaukseen on, että meille syntyi suuri planeettamainen kuu.

Marsiin törmännyt kappale oli halkaisijaltaan kolmanneksen planeetasta (massa 1/27), ja Maahan törmännyt peräti puolet planeetasta (massa 1/8). Kokoero ei kuitenkaan yksinään selitä erilaista lopputulosta.

Ratkaisevin ero törmäysten välillä näyttää yllättäen olleen pyörimisaika, kertoo mallinnus. Mars pyöri akselinsa ympäri lähes nykyisellä nopeudella (24 h/kierros), Maa taas paljon vinhammin (4 h/kierros). Syntyviin kiertolaisiin vaikuttavat vuorovesivoimat olivat erilaiset, ajaen niitä eri suuntiin.

Oma Kuumme loittonee yhä, hidastaen Maan pyörimisliikettä vieläkin.

Monta syntyideaa

Marsin kuiden alkuperä on tuottanut tutkijoille päänvaivaa jo kauan. Kuiden on esitetty päätyneen nykyisille paikoilleen kahdella tavalla, ja kummankin puolesta on esitetty lähinnä huteria aihetodisteita. Ne ovat silti olleet käytännössä vain hypoteeseja, vailla mitään todellista lupausta edes perusidean toimivuudesta.

Ensimmäisen idean mukaan ne olisivat kaapattuja asteroideja. Ongelmana kuitenkin on, että yksinäisen planeetan on lähes mahdotonta kaapata yhtään mitään kiertolaisekseen. Edes hetkellisesti, saati sitten pysyvästi ja vieläpä kahta, lähes pyöreille radoille.

Toinen idea kertoo niiden koostuvan heitteleestä, joka sinkoutui avaruuteen suuren asteroidin törmätessä Marsiin. Tässä ongelma on saada aikaan kaksi kuuta. Tai on ollut tähän saakka.

Kolmaskin idea oli: Sen mukaan ainakin Phobos on keinotekoinen ontto metallirakennelma. Laskut kyllä pitivät paikkansa, mutta ne perustuivat aivan liian huteriin havaintoihin. Idea kuoli heti alkuunsa jo 1960-luvulla.

Nyt tehty simulaatiokaan ei anna vielä missään nimessä varmaa tietoa. Se vain kertoo, mikä on nykytietämyksen valossa mahdollista – ehkä jopa todennäköistä.

Jatkotutkimuksille on siis kova tarve.

Asiasta kertoi Suomessa ensimmäisenä Tiedetuubi. Jutun pohjana toimi CNRS:n uutinen, ja Nature Geosciencen tiedeartikkeli jäi tällä kertaa maksumuurin taa.

Alla pätkä simulaatiosta. Punaiset palaset ovat peräisin proto-Marsista, siniset törmääjästä.

Päivitys 6.7. klo 7.45: Lisätty kuva ja muokattu useita lauseita.

Otsikkokuva: Université Paris Diderot / Labex UnivEarthS.