Mars en de Aarde zijn misschien geen vroege buren geweest

Een studie gepubliceerd in het tijdschrift Earth and Planetary Science Letters stelt dat Mars gevormd heeft in wat vandaag de Asteroïdengordel is, ongeveer anderhalf keer zo ver van de zon als zijn huidige positie, voordat hij naar zijn huidige locatie migreert.

De veronderstelling is over het algemeen dat Mars zich vanuit dezelfde bouwstenen bij de Aarde heeft gevormd, maar dat vermoeden roept een grote vraag op: waarom zijn de twee planeten zo verschillend in samenstelling? Mars bevat andere, lichtere silicaten dan de aarde, meer verwant aan die gevonden in meteorieten. In een poging uit te leggen waarom de elementen en isotopen op Mars sterk verschillen van die op aarde, hebben onderzoekers uit Japan, de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk simulaties uitgevoerd om inzicht te krijgen in de beweging van de Rode Planeet binnen het zonnestelsel.

Hoewel de simulaties van de studie suggereerden dat de meest waarschijnlijke verklaring is dat Mars zich nabij de aarde heeft gevormd, verklaart dat model niet de verschillen in samenstelling tussen de twee planeten. Daarom hebben onderzoekers speciale aandacht besteed aan simulaties die consistent zijn met het zogenaamde Grand Tack-model, wat suggereert dat Jupiter een belangrijke rol speelde in de formatie en de uiteindelijke orbitale architectuur van de binnenplaneten. De theorie zegt dat een nieuw opgerichte Jupiter een grote concentratie van massa naar de zon heeft geploegd, wat heeft bijgedragen tot de vorming van de aarde en Venus, terwijl het tegelijkertijd materiaal van Mars heeft geduwd, goed voor de kleine massa van de planeet (ongeveer 11 procent dat van de aarde) ) en het verschil tussen de composities van de twee planeten. [Inside Planet Mars (Infographic)]

In Grand Tack-simulaties hebben de onderzoekers aanvullend inzicht in de formatie van Mars verzameld. Een klein percentage van de simulaties suggereerde dat Mars zich veel verder van de Zon vormde dan nu en dat Jupiter's aantrekkingskracht door aantrekkingskracht Mars in zijn huidige positie duwde.

Universiteit van Colorado Geologische Wetenschappen professor Stephen Mojzsis, een co-auteur van de studie, is niet bezorgd over de lage waarschijnlijkheid van dit scenario plaatsvindt.

"Lage waarschijnlijkheid betekent een van de twee dingen: dat we geen beter fysiek mechanisme hebben om de formatie van Mars uit te leggen, of in de enorme hoeveelheid mogelijkheden die we hebben gekregen met een die relatief zeldzaam is," zegt hij, opmerkend dat de laatste lijkt om de beste conclusie te zijn.

Mojzsis houdt ook dergelijke termen in het juiste perspectief. "Houd in gedachten dat zeldzaam relatief is", zegt hij, als het gaat om ruimte, en er gebeuren zeldzame resultaten. Hoe groot is de kans dat de aarde zal kruisen met de asteroïde die de Yucatan trof en de dinosaurussen deed uitsterven?

"Als we genoeg tijd hebben, kunnen we deze gebeurtenissen verwachten", zegt Mojzsis. "Bijvoorbeeld, je zult uiteindelijk dubbele zessen krijgen als je de dobbelstenen genoeg keer gooit. De kans is 1/36 of ongeveer hetzelfde als voor onze simulaties van de vorming van Mars."

Een implicatie van Mars dat zich verder van de zon vormt, is dat de planeet kouder zou zijn geweest dan oorspronkelijk gedacht - misschien te koud voor vloeibaar water of om het leven in stand te houden. Deze theorie lijkt het idee uit te dagen dat Mars ooit veel warmer en natter was dan het nu is. Mojzsis betoogt dat er veel tijd in de vroege geschiedenis van Mars is, omdat het zowel kouder en verder weg was als af en toe omdat het warme, natte periodes had meegemaakt.

"Marsformatie in de Asteroïdengordel vond heel vroeg in de geschiedenis van Mars plaats, ruim voordat de korst stabiliseerde en de atmosfeer werd gevestigd", zegt hij. In een paper die hij vorig jaar co-auteur was, concludeert Mojzsis dat het laat in Mars 'planetaire formatie werd gebombardeerd door asteroïden die de ontelbare kraters van de planeet vormden. Zulke grote effecten kunnen "de cryosfeer en de korst van Mars doen smelten om de atmosfeer van Mars te verdichten en de hydrologische cyclus te hervatten", zegt Mojzsis. [Missies naar Mars: A Robot Red Planet Invasion History (Infographic)]

Terwijl veel wetenschappers het idee van planetaire migratie beginnen te omarmen, werpen studies zoals deze extra vragen op over de planeten en hun geschiedenis. Wat is de compositie van Venus en hoe verhoudt deze zich tot die van de aarde? Bevestiging van overeenkomsten tussen Venus en de Aarde zou het idee ondersteunen dat Jupiter in de Grand Tack-theorie materiaal in het systeem duwde om de Aarde en Venus te vormen. Het zou ook de theorieën van onderzoekers ondersteunen over de vorming van planeten in het binnenste zonnestelsel, inclusief Mars. Het ontbreken van monsters, zelfs meteorieten, van Venus maakt het echter moeilijk om die vraag te beantwoorden. NASA en het Russische ruimteagentschap Roscosmos hebben de gezamenlijke Venera-D-missie voorgesteld die rond 2025 een orbiter naar Venus zou sturen, wat enkele aanwijzingen kan geven voor de samenstelling van de planeet.

Mojzsis wijst er ook op dat een van de problemen waarmee we worden geconfronteerd, probeert te begrijpen hoe de gigantische planeten zijn gevormd. Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus hadden zich niet kunnen vormen waar ze nu wonen, omdat het buitenste zonnestelsel niet genoeg massa had om deze gigantische werelden vroegtijdig te verklaren, zegt hij.

Het kan zijn dat de reuzenplaneten dicht bij elkaar zijn gevormd en later zijn weggetrokken door de invloed van hun gravitatie-interacties. Zo'n theorie is niet uniek voor ons zonnestelsel. "We begrijpen uit directe observaties via de Kepler Space Telescope en eerdere studies dat reusachtige planeetmigratie een normaal kenmerk van planetaire systemen is", zegt Mojzsis. "De vorming van gigantische planeten induceert migratie, en migratie draait helemaal om de zwaartekracht, en deze werelden beïnvloedden elkaars banen al vroeg."

Mojzsis 'recente werk concentreert zich ook op hoe Jupiter in zijn huidige positie eindigde en hoe zijn vorming overeenkomt met de verspreiding van gas en stof van de planeetvormende schijf van de zon.Stukje bij beetje krijgen wetenschappers meer inzicht in de geschiedenis van het zonnestelsel - en van de aard van planetaire vorming in onze galactische omgeving.

Het werk van Mojzsis werd gedeeltelijk ondersteund door het Exobiology and Evolutionary Biology Program van de NASA en door het startproject van de John Templeton Foundation-FfAME.