Международная группа ученых бросает вызов нашему пониманию части истории Земли, изучая Луну, наиболее полную и доступную хронику столкновений астероидов, которые образовали нашу Солнечную систему.
В исследовании, опубликованном сегодня в Science, команда показывает, что количество столкновений астероидов с Луной и Землей увеличилось в два-три раза, начиная примерно с 290 миллионов лет назад.
«Наше исследование свидетельствует о резком изменении частоты столкновений астероидов как с Землей, так и с Луной, которое произошло примерно в конце палеозойской эры», - сказала ведущий автор Сара Мазруи, которая недавно получила докторскую степень в области Кафедра наук о Земле на факультете искусств и наук Университета Торонто (U of T).«Подразумевается, что с того времени мы находимся в периоде относительно высокой частоты столкновений с астероидами, которая в 2,6 раза выше, чем до 290 миллионов лет назад».
Ранее предполагалось, что большинство старых кратеров Земли, образовавшихся в результате ударов астероидов, были стерты эрозией и другими геологическими процессами. Но новое исследование показывает обратное.
«Относительная редкость больших кратеров на Земле старше 290 миллионов лет и моложе 650 миллионов лет не потому, что мы потеряли кратеры, а потому, что скорость ударов в то время была ниже, чем сейчас», - сказал Ребекка Гент, доцент кафедры наук о Земле Университета штата Техас и один из соавторов статьи. «Мы ожидаем, что это будет интересно всем, кто интересуется историей ударов Земли и Луны, а также той ролью, которую они могли сыграть в истории жизни на Земле».
Ученые десятилетиями пытались понять скорость падения астероидов на Землю, используя радиометрическое датирование окружающих их скал для определения их возраста. Но поскольку считалось, что эрозия привела к исчезновению некоторых кратеров, было трудно найти точную скорость удара и определить, изменилась ли она с течением времени.
Способ обойти эту проблему состоит в том, чтобы исследовать Луну, которая подвергается ударам астероидов в тех же пропорциях с течением времени, что и Земля. Но не было никакого способа определить возраст лунных кратеров, пока десятилетие назад Лунный разведывательный орбитальный аппарат НАСА (LRO) не начал облет Луны и изучение ее поверхности..
«Приборы LRO позволили ученым заглянуть в прошлое и посмотреть на силы, сформировавшие Луну», - сказал Ноа Петро, ученый проекта LRO из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
Используя данные LRO, команда смогла составить список возрастов всех лунных кратеров моложе примерно миллиарда лет. Они сделали это, используя данные прибора LRO Diviner, радиометра, который измеряет тепло, излучаемое с поверхности Луны, для отслеживания скорости деградации молодых кратеров.
Во время лунной ночи горные породы излучают гораздо больше тепла, чем мелкозернистая почва, называемая реголитом. Это позволяет ученым отличать горные породы от мелких частиц на тепловизионных изображениях. Гент ранее использовал эту информацию для расчета скорости, с которой большие камни вокруг молодых лунных кратеров, выброшенные на поверхность во время удара астероида, разрушаются в почву в результате постоянного дождя крошечных метеоритов на протяжении десятков миллионов лет. Применив эту идею, команда смогла рассчитать возраст ранее не датированных лунных кратеров.
При сравнении с аналогичной временной шкалой кратеров Земли они обнаружили, что два тела записали одинаковую историю бомбардировки астероидами.
«Стало ясно, что причина того, что Земля имеет меньше старых кратеров в ее наиболее стабильных регионах, заключается в том, что частота столкновений была ниже примерно до 290 миллионов лет назад», - сказал Уильям Боттке, эксперт по астероидам из Southwest Research. Институт в Боулдере, штат Колорадо, и еще один из соавторов статьи.«Ответ на скорость столкновения с Землей стоял прямо перед всеми».
Причина скачка частоты столкновений неизвестна, хотя исследователи предполагают, что это может быть связано с крупными столкновениями, произошедшими более 300 миллионов лет назад в главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Такие события могут создавать обломки, которые могут достичь внутренней Солнечной системы.
Гент и ее коллеги нашли веские доказательства своих выводов благодаря сотрудничеству с Томасом Герноном, ученым-геологом из Университета Саутгемптона в Англии, который работает над земной особенностью, называемой кимберлитовыми трубками. Эти подземные трубы представляют собой давно потухшие вулканы, которые в форме моркови тянутся на пару километров ниже поверхности и находятся в некоторых из наименее подверженных эрозии регионов Земли в тех же местах, где обнаружены сохранившиеся ударные кратеры.
«Канадский щит содержит одни из наиболее хорошо сохранившихся и наиболее изученных мест этой местности, а также некоторые из наиболее изученных больших ударных кратеров», - сказал Мазруи.
Гернон показал, что кимберлитовые трубки, образовавшиеся примерно 650 миллионов лет назад, не подвергались значительной эрозии, что указывает на то, что большие ударные кратеры, более молодые, чем этот, на стабильной местности, также должны быть неповрежденными.
«Вот откуда мы знаем, что эти кратеры представляют собой почти полную запись», - сказал Гент.
Хотя исследователи не были первыми, кто предположил, что частота ударов астероидов о Землю колебалась за последний миллиард лет, они первыми показали это статистически и количественно оценили скорость.
«Выводы могут также иметь значение для истории жизни на Земле, которая перемежается событиями вымирания и быстрой эволюцией новых видов», - сказал Гент. «Хотя силы, вызывающие эти события, сложны и могут включать в себя другие геологические причины, такие как крупные извержения вулканов, в сочетании с биологическими факторами, удары астероидов, несомненно, сыграли свою роль в этой продолжающейся саге.
"Вопрос заключается в том, могут ли предсказанные изменения в столкновении с астероидами быть напрямую связаны с событиями, которые произошли на Земле давным-давно."
Выводы описаны в исследовании «Ударный поток Земли и Луны увеличился в конце палеозоя», опубликованном в журнале Science. Поддержку исследованию оказали Национальный совет по научным и инженерным исследованиям Канады, Виртуальный институт исследований Солнечной системы НАСА и Совет по исследованиям окружающей среды Соединенного Королевства.