Još dok je naša Zemlja bila jako mlada, stara ni 700 miliona godina, prošla je kroz jedan kataklizmični period koji je trajao nekoliko stotina miliona godina. Tokom tog razdoblja, neuobičajeno veliki broj asteroida se sudarao sa Zemljom, Mesecom i svim unutrašnjim planetama solarnog sistema. Tada je na Zemlji vladalo ono što će neki, nešto kasnije, nazvati paklom... (vidi sliku).
U nedostadku prikladnijih termina, naučnici su taj period nazvali Kasnim teškim bombardovanjem (KTB). Prema njihovim procenama, to se dogodilo u vremenskom periodu između Neoadoika[1] i Eoarhaika[2] – pre 4,1 do 3,8 milijardi godina. Do tada su se Zemlja i ostale kamene planete već formirale, i akrecijom[3] došle do svojih sadašnjih masa. Tokom tog perioda neuspele planete i manji asteroidi su padali na veće svetove, lomeći ih i praveći ožiljke na njihovim površinama. Međutim, pred kraj tog perioda, izgleda da je došlo do povećavanja aktivnosti. Ima više teorija ali verovatni uzrok tome je premeštanje velikih i gasovitih planeta, koje su su slale kišu materijala ka manjim kamenim svetovima i ka asteroidnom i Kajperovom pojasu.
Ako se ne držimo onoga da sve što se desilo a nije bilo na TV i NIJE se desilo, onda moramo da verujemo u ovu teoriju. Glavne dokaze su doneli astronauti iz onih 6 'Apollo' misija – stene sa tragovima topljenja usled snažnih udara, a koje su datirane radiomertijskom tehnikom. Za većinu tih topljenja je utvrđeno da su nastala usled udara asteroida ili kometa veličine desetak km, u kraterima prečnika stotinjak km. Zato su i mesta sletanja 'Apollo 15, 16 i 17' bila odabirana tako da budu u blizini ogromnih udarnih basena Imbrium, Nectaris i Serenitatis.
Posle proučavanja u labosima na Zemlji, starost udara koji su doveli do topljenja grupisana su u period od 3,8 do 4,1 mld. godina. Sve to je ukazivalo da je u tom periodu došlo do intenzivnog 'bombardovanja' Meseca. Taj događaj je nazvan 'lunarnom kataklizmom' i predstavlja dokaz o dramatičnom povećavanju gustine bombardovanja Meseca pre oko 3,9 mld. godina. Čak se i povremeni feldspatski meteoriti koje nalazimo na Zemlji a potiču sa 'one' strane Meseca uklapaju u ovu kataklizmičnu hipotezu. U nju su se uklopili i hauarditski, eukritski i diogenitski (HED) meteoriti i H hondritski meteoriti koji potiču iz asteroidnog pojasa.
Ako je takva kataklizma zadesila Mesec, ni Zemlja nije mogla da bude pošteđena. Ekstrapolirajući gustinu lunarnih kratera nastalih u to vreme na našu planetu, sledeći brojevi pokazuju broj kratera na njoj:
- 22.000 ili više udarnih kratera prečnika >20 km;
- oko 40 udarnih basena prečnika oko 1.000 km;
- nekoliko basena prečnika većeg od 5.000 km.
Sve dok nije bila formulisana KTB teorija, geolozi su smatrali da je generalno Zemlja bila u istopljenom stanju sve od nastanka pa do pre 3,8 mld. godina. Takvi tragovi su nalaženi na nekim od najstarijih stena širom planete i činile su oštar vremenski rez, pre koga nisu nalažene starije stene. Pošto nisu nalažene starije stene, smatralo se da je Zemlja bila istopljena do tada, pa je tu postavljena granica između Adoika i Arhaika. Međutim, relativno nedavno, 1999. godine, otkrivena je najstarija stena na Zemlji stara 4,031±0,003 milijarde godina, iskopana na severu Kanade kao deo Acasta gnajsa.
Na Zemlji ima i starijeg materijala, ali sve to su fragmenti asteroida koji su pali na Zemlju u obliku meteorita[4]. Kao i kod kamenja na Zemlji, i asteroidi takođe imaju oštar vremenski rez oko 4,6 mil. godina, što označava vreme kada su se u protoplanetnom disku oko mladog Sunca formirala prva čvrsta tela. Zato je Adoik period vremena između formiranja tih ranih stena u kosmosu i konačnog očvršćavanja Zemljine kore, nekih 700 miliona godina kasnije. To vreme uključuje period akrecije planeta iz materijala u disku i polaganog hlađenja Zemlje u čvrsto telo, nastalog usled gubitka gravitacionog potencijalna energija akrecije.
Kasniji proračuni su pokazali da brzina kolapsa i hlađenja zavisi od veličine stenovitog tela. Izračunato je da se objekat veličine Zemlje ohladio vrlo brzo, za recimo 100 miliona godina. Razlika izmeđi merenja i teorije pretstavljala je u to vreme zagonetku.
KTB nudi potencijalno objašnjenje ove anomalije. Prema tom modelu, stene stare 3,8 mld. godina mogle su da se stvrdnu tek pošto je kora bila razorena Kasnim teškim bombardovanjem. Najstariji kontinentalni fragmenti na Zemlji, kao što su Acasta gnais[5] u severnoameročkom kratonskom štitu[6] i gnajsovi u Jack Hillsu[7] u Zapadnoj Australiji, ipak su nastali posle KTB. Najstariji materijal do sada datiran na Zemlji, cirkon sa Jack Hillsa, protiče iz vremena pre toga, ali je on verovatno deo pređašnje kore preostale posle bombardovanja, a nalazi se pomešan sa mnogo mlađom korom (~3,8 mld. godina).
Interesantno je da su čak i u tim stenama pronađeni neki nagoveštaji života. Trodimenzionalni računarski modeli iz 2009. pokazali su da je moguće da su delovi Zemljine kore, kao i mikroskopski život, uspeli da prežive bombardovanje. Modeli su pokazali da iako je površina planete bila sterilna, hidrotermalni izvori ispod površine Zemlje su mogli da inkubiraju pojedine vrste mikroba.
U aprilu 2014, naučnici su objavili da su pronašli neke indicije da je možda u blizini Makhonjwa planina u Južnoj Africi pao najveći meteor u istoriji Zemlje. Oni procenjuju da se to dogodilo pre oko 3,26 milijardi godina a da je impaktor bio dimenzija između 37 i 58 km. Krater, ako još uvek postoji, još nije pronađen.
MOGUĆI RAZLOZI
MIGRACIJA GASNIH DŽINOVA
Pre desetak godina, dr Rodney Gomes sa saradnicima[8] je napravio ozbiljnu simulasiju ranog solarnog sistema sa džinovskim planetama u zbijenoj orbitnoj konfiguraciji, udaljenim između ~5,5 i ~17 AJ od Sunca. Takva konfiguracija je sama po sebi bila stabilna, ali budući da je transneptunski pojas bio bogat (u simulaciji, 35 masa Zemlje), zalutali transneptunci su stupali u interakciju sa tim planetama, uzrokujući da su one tokom nekoliko miliona godina polako počele da migriraju. Jupiter je otišao unutra, dok su ostale planete krenule van. Takvim migracijama, solarni sistem je postao katastrofalno nestabilan, pogotovu kada su Jupiter i Saturn ušli u orbitnu rezonancu 2:1, dovodeći do toga da je solarni sistem ubrzo rekofigurisan u veliki Jupiterov sistem. Rezonanca je dovela do povećavanja orbitnih ekscentriciteta tih objekata, omogućivši im da zađu u unutrašnjost solarnog sistema i počnu da se sudaraju sa zemljolikim planetama.
Simulacija prikazuje spoljnje planete i Kajperov pojas planetezimala: a) Rana konfiguracija, pre nego što su Jupiter (zeleno) i Saturn (narandžasto) ušli u rezonancu 2:1. Udalene su 5,45 i 8,18 AJ od Sunca; b) Raspršivanje objekata Kajperovog pojasa po unutrašnjosti solarnog sistema nakon pomeranja orbita Neptuna (teget) i Urana (plavo); c) Sutuacija 200 mil. godina kasnije, nakon što je Jupiter izbacio plenetezimale. Ostalo je samo oko 3% diska.
Svaki od ovih kvadrata pokazije stanje solarnog sistema u različitim epohama: neposredno pred Veliko bombardovanje, neposredno po otpočinjanju bombardovanja i 200 miliona godina posle KTB.
Nakon svog objavljivanja, Nicin model[9] je doživeo nekoliko promena. Nakon što je rezonantna konfiguracija destabilizovana u interakciji sa transneptunovskim pojasom, desila se čitava serija gravitacionih uticaja. Među njima je bio susret jednog od ledenih džinova sa Saturnom, što je dovelo do pomeranja Jupitera ka unutra a Saturna ka spolja. U tom tumbanju, velika količina tela iz asteroidnog pojasa je bila razbacana daleko od Sunca, ostavljajući unutrašnji pojas asteroida[10], glavni izvor KTB impaktora, brojčano desetkovan. U numeričkim simulacijama koje prikazuju pomeranja planeta ima nekih naznaka da je Sunčev sistem započeo sa pet džinovskih planeta[11]! Nedavni proračuni međutim govore da udari tih unutrašnjih asteroida nisu dovoljni da objasne formiranje udarnih basena na Mesecu, te da asteroidni pojas verovatno nije izvor Kasnog teškog bombardovanja.
Primer simulacija Nicinog modela prikazuje vremensku distribuciju četiri velike planete i skladu sa udaljenošću od Sunca. Tačkasta uspravna linija označava rezonancu 2:1.
KASNO FORMIRANJE URANA/NEPTUNA
Prema jednoj od simulacija nastanka planetezimala u našem sistemu, pokazala je da su spoljnje planete Uran i Neptun nastajale vrlo sporo, tokom perioda od nekoliko milijardi godina. Naučnik sa SwRI, Harold F. Levison i njegov tim su sugerisali da je relativo mala gustina materijala u spoljnjem delu solarnog sistema tokom formiranja planeta takođe usporavala njihovu akreciju. To 'kasno pojavljivanje' tih planeta prikazivano je kao mogući razlog Kasnog bombardovanja. Međutim, nedavna saznanja zasnovana na proračunima toka gasova i planetezimala pokazala su da su četiri velike planete nastale vrlo brzo, reda veličina 10 miliona godina, što ne podržava objašnjenje vezano za KTB.
HIPOTEZA O PETOJ PLANETI
Hipoteza o petoj planeti potiče još iz 2002. Tada su Nasini naučnici J. Chambers i J.J. Lissauer izneli pretpostavku da je između Marsa i asteroidnog pojasa postojala jedna mala kamena planeta. Kada je ona, zbog nestabilne orbite zašla u unutrašnji deo asteroidnog pojasa, dovela je do perturbacija koje su izazvale Veliko bombardovanje. Hipotetička planeta je imala manju masu od polovine Marsa i orbitu na oko 1,8 AJ. Orbita pete planete je postala nestabilna ('metastabilna') zbog interakcije sa ostalim unutrašnjim planetama, a to je dovelo do presecanja unutrašnjeg asteroidnog pojasa. Brojni asteroidi su bili skrenuti tako da presecaju Zemljinu orbitu, što je uzrokovalo KTB. Danas više ne postoje tragova o toj planeti jer je verovatno pala na Sunce. U numeričkim simulacijama, za izazivanje KTB bio je potreban mehanizam izazvan neujednačenom distribucijom asteroida, usmerenom ka unutrašnjosti asteroidnog pojasa. Alternativna verzija ove hipoteze, u kojoj su lunarni impaktori zapravo rezultat udara Planete V u Mars (tada je formiran basen Borealis), predložena je da bi se objasnio mali broj jako velikih lunarnih basena u odnosu na kratere i manjak kometnih impaktora.
Ilustracija prikazuje slučaj od pre nekoliko milijardi godina kada je protoplaneta tresnula u Mars. Mnoge teorije sugerišu da su Fobos i Dejmos tragovi i dokazi tog sudara.
Pretpostavlja se da je u nastalom Borealis basenu bio veliki drevni okean, koji je pokrivao oko 20% površine i bio dubine Sredozemlja. Najveći deo vode nestao je pre 4,1 mld. godina.
Zemlja sa kraterom Veličine Marsovog Borealisa, iliti Severnog kratera.
Gore je Borealis a dole udarni krater Hellas, prečnika 2000 km i dubine preko 4 km! Još jedan trag Teškog bombardovanja?
POREMEĆAJ MARS-CROSSING ASTEROIDA
Hipoteza koju je predložio mladi naučnik sa Cornella, naš Matija Ćuk[12], promovisala je ideju da je poslednjih nekoliko udara koji su stvorili basene na Mesecu rezultat poremećaja orbite jednog od velikih asteroida koji su sekli Marsovu orbitu. Takav asteroid veličine Veste[13] predstavljao je ostatak populacije koja je u početku bila mnogo veća od sadašnjeg Glavnog asteroidnog pojasa. Najveći broj pre-Imbrijumskih udara posledica je tih Mars-crossing objekata, sa ranim bombardovanjem koje se produžilo do pre 4,1 mld. godina. Posle toga je usledilo smirivanje broja udara koji su dovodili do formiranja basena, što je bilo praćeno opadanjem lunarnog magnetnog polja. A onda je pre oko 3,9 mld. godina jedan katastrofični udar je poremetio asteroid veličine Veste radikalno povećavajući populaciju Mars-crossing objekata. Mnogi od njih su dobili Earth-crossing orbite izazvavši time pik u broju udara prilikom kojih je nastalo nekoliko poslednjih udarnih basena. Ćuk skreće pažnju da odsustvo lokalnog magnetizma u poslednjih nekoliko basena i promene u distribuciji kratera nastalih tokom Kasnog bobardovanja podržavaju tu teoriju. Tajming i uzroci promena u veličini nastalih kratera još uvek je kontroverzno.
[1] Istorijski geolozi su Zemljinu istoriju podelili na 4 geološka razdoblja odn. eona: Adoik (od pre 4,57 do pre 3,8 milijardi godina), Arhaik (od pre 3,8 do pre 2,5 mld. godi- na), Proterozoik (od 2,5 mld. do 542 mil. godina) i Fanerozoik (od pre 542 mil. do danas).
Pošto danas praktično nema geoloških tragova ovog eona na Zemlji (sem ponekog kamena u Australiji), geolozi ponekad preuzimaju dalju podelu ovog eona na osnovu podele koju imamo na Mesecu. Tamo smo ovaj eon podelili na Prenektarijum (nastanak kore) i Nektarijum (do 3,92 mld. god. i slabljenja KTB).
[2] Prva era Arhaika (trajala oko 400. mil. god.) u kojoj je Zamlja imala trajnu čvrstu koru. Tada su se pojavile prve bakterije, a atmosfera je bila bez kiseonika i sa pritiskom od 10 do 100 atm.
[3] Akumuliranje čestica materije i gasova u masivne objekte pod uticajem gravitacije. Sve galaksije, zvezde i planete su stvorene u akrecionim procesima.
[4] Setio sam se da sam jednom pisao da je pronađeno da je jedan Tutankamonov obredni nož bio napravljen od meteoritskog gvožđa!
[5] Vrsta stena formirana pri velikim temperaturama i pritiscima. Nastale pre magmatskih ili sedimentnih stena. Akasta gnajs je najstarija nedirnuta kristalna stena ikad pronađena na Zemlji – 3,58-4,031 mld. godina.
[6] Kratoni su stari i stabilni delovi kontinentalne litosfere. Deo su tektonskih ploča i često preživljavaju cikluse pomeranja kontinenata. Imaju tanku koru i duboke litosferske korene koji sežu nekoliko stotinakm u Zemljim plašt. Ima ih na jugu Australije, severu Kine, u Rusiji, u južnoj Americi, itd.
[7] Takođe nalazište najstarijeg materijala na planeti. Tamo su 2015. u steni staroj 4,1 mld. god. probađeni tragovi biotičkog života. Tada su naučnici izjavili da 'ako se život pojavio na mladoj Zemlji tako rano ... onda je on uobičajen u vaseljeni.'
Circoni pronađeni tamo spadaju u najstariji materijal pronađen uopšte na Zemlji (4,404 mld. god.). Njihova geohemija daje osnov nekim naučnicima da veruju da je tokom eona Adoika na Zemlji postojala nekakva kora, nasuprot ranijim shvatanjima o prvim fazama naše istorije. Uz to, odnos izotopa kiseonika u cirkonima daje dokaz o postojanju tečne vode na površini, što je isto kontra u odnosu na ranija učenja. Teorija o vlažnim i hladnim uslovima pre Kasnog teškog bombardovanja stvorila je ideju o Hladnoj ranoj Zemlji.
[8] R. Gomes; H. F. Levison; K. Tsiganis; A. Morbidelli (2005). "Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets" (PDF). 'Nature'. 435 (7041): 466–469.
[9] Scenario dinamičke evolucije solarnog sistema, nazvan po gradu u Francuskoj. Objašnjava migraciju gasovitih džinova od njihovog mesta formiranja do današnjih položaja.
[10] Asteroidni E-pojas, za koji se pretpostavlja da je bio glavni izvor impaktora koji su napravili lunarne basene tokom Kasnog bombardovanja – smatra se da je za 400 mil. god. 9-10 od 12 lunarnih basena stvorenih udarom nastalu o vreme KTB. Pojas se nalazio između 1,7 i 2,1 AJ.
[11] Iz protonebule nastale su planete Jupiter i Saturn, i tri druga ledena džina. Raznim igrama gravitacionih uticaja i promene ekscentriciteta došlo je do istiskivanja jedne od planeta (najveći uticaj je imao Jupiter)
[12] Momak koji je završio astrofiziku u Beogradu a onda otišao i doktorirao na Kornelu. Danas radi kao planetni dinamičar na SETI institutu, a 2014. je dobio Ureyovu nagradu, najveću počast za mladog naučnika koju dodeljuje Američko astronomsko udruženje.
[13] Drugo najveće telo u asteroidnom polju, na koji opada 9% čitave mase pojasa.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
