火星が地球よりもはるかに小さく、はるかに速く降着する理由を説明することは、惑星科学における長年の問題です。地球と同様に、火星の軌道は、太陽の潜在的にハビタブル ゾーンに配置されます。ただし、その総質量は地球の約 10% にすぎません。小さすぎて、大気を維持するための内部熱と磁気活動を保持できません。
天体物理学者や惑星地質学者にとって火星が非常に興味深いのは、火星から見つかった少数の隕石の同位体分析が、火星がわずか数百万年で形成されたことを示唆しているように見えることです。一方、地球は数千万年から数億年かけて現在の大きさになったと考えられています。火星の原始的な構成要素は地球のものと非常に似ていると考えられているため、何らかのプロセスまたはイベントによって、わずか数百万年後に火星の成長が停止したに違いありません。これらの理由から、火星はしばしば座礁した惑星の胚と呼ばれます.
多くの競合する太陽系の進化モデルは、火星の小さなサイズを説明するために劇的な惑星移動スキームまたは降着の新しいモードを呼び出しますが、私たちの研究はより単純な物語を提供します.太陽系外縁部 (木星、土星、天王星、海王星、それらの衛星、および冥王星のような多くの氷の彗星体) の構成を説明する主要なモデルは、火星の低質量も説明できる可能性があるという仮説を立てることから始めます。
ニース (フランスのニースにあるような) モデルは、初期の惑星の不安定性を引き合いに出すことで、太陽系外縁部の特異性の多くを説明しています。巨大惑星 (木星、土星、天王星、海王星) の軌道のサイズと形状のこの再編成は、もともと後期重爆撃に関連していました。太陽系が形成されてから約 6 億年後に、月のクレーター記録が急上昇したと考えられています。しかし、ルナー リコネサンス オービターや GRAIL などの宇宙船から得られたより優れた高解像度の画像と、アポロのサンプルの年代測定技術の改善により、過去 10 年間の月の初期の歴史に対する私たちの理解が劇的に変化しました。その結果、最近の複数の研究で後期重爆撃の存在は疑わしいとされています。したがって、惑星の不安定性は太陽系外縁部の構造を説明するのに最適なモデルですが、いつでも発生する可能性があります。
ニース モデルの不安定性は、完全に形成された地球型惑星 (水星、金星、地球、および火星) の生存にとって問題があることが以前の研究ですでに示されているため、私たちの論文では、内部惑星がまだ形成されている間に発生する不安定性が発生する可能性があるかどうかを尋ねます。私たち自身の太陽系に匹敵する太陽系を成長させるための成功したメカニズムになります。それらのガス状のエンベロープは、太陽の原始ポルト惑星系円盤にガスがまだ存在している間に形成されたことを示唆しているため、巨大惑星は小さな地球型惑星よりもはるかに速く形成され、したがって、内惑星の成長に大きな影響を与える可能性があります。 /P>
これを調査するために、オクラホマ大学のスーパーコンピューティング教育研究センター (OSCER) と国立スーパーコンピューティング アプリケーション センター (NCSA) のブルー ウォーターがペタスケールで持続する計算リソースを使用して、提案されたシナリオの N 体シミュレーションを 1000 回近く実行しました。コンピューティング プロジェクト。図 1 は、成功した惑星系の進化のタイムラプスの例を示しています。不安定性が続くと、原始地球と原始金星は成長を続けますが、火星類似体は大きな胚の形成を停止します。
内惑星が形成され始めてからわずか数百万年後に巨大惑星が不安定になるタイミングを計ったとき、「火星」は、一般的に近くにあるいくつかの火星サイズの天体の 1 つに過ぎず、そのままにしておくと、最終的に結合してはるかに大きな惑星になることがわかりました。 1人。不安定性の結果として、巨大惑星の軌道は一定期間、ますます楕円形 (非円形) になります。このシステムでの励起の増加は、形成中の地球システム、特に火星形成領域と小惑星帯を乱します。
これにより、火星サイズの天体が最終的に結合してより大きな惑星になるのを防ぎます。実際、ほとんどは太陽系の外に排出されるか、金星と地球に向かって内側に移動し、しばしば揮発性の豊富な物質を提供します.多くの場合、システムは火星の現在の軌道の近くにある火星サイズの天体を 1 つだけ残して終了します。しかし、地球と金星は巨大惑星による摂動をあまり受けず、成長を続けています。
したがって、私たちのモデルは、地球と火星の形成時間の不一致を自然に説明しています。さらに、私たちの研究は、太陽系全体の形成に関する統一されたエレガントなモデルを提供します。私たちのシミュレーションは、太陽系の内側と外側の両方で観測された多くの特徴を同時に再現した最初のものです。実際、地球型惑星形成シミュレーションの成功は、太陽系の 2 つの巨大惑星である木星と土星の詳細な進化に大きく関係しているようです。木星と土星の不安定性後の軌道が実際の現在の軌道に最も似ている私たちの研究のシステムは、現在の太陽系に最もよく似た地球型惑星のシステムも生み出しました.
これらの調査結果は、Icarus 誌に最近掲載された、初期の巨大惑星の不安定性によって妨げられた火星の成長というタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、オクラホマ大学の Matthew S Clement と Nathan A Kaib、フランスのボルドー大学の Sean N. Raymond、および Southwest Research Institute の Kevin J. Walsh によって実施されました。
