De gigantische inslagen die de late stadia van planeetvorming domineren, hebben een breed scala aan gevolgen voor jonge planeten en hun atmosferen, volgens nieuw onderzoek.

Onderzoek geleid door Durham University en waarbij de Universiteit van Glasgow, zowel VK, heeft een manier ontwikkeld om de omvang van het atmosfeerverlies tijdens planetaire botsingen te onthullen op basis van 3D-supercomputersimulaties.

De simulaties laten zien hoe aardachtige planeten met dunne atmosferen in een vroeg zonnestelsel kunnen zijn geëvolueerd, afhankelijk van hoe ze worden beïnvloed door andere objecten.

Met behulp van de COSMA-supercomputer, onderdeel van de DiRAC High-Performance Computing-faciliteit in Durham, gefinancierd door de Science and Technology Facilities Council (STFC), de onderzoekers hebben meer dan 100 gedetailleerde simulaties uitgevoerd van verschillende gigantische inslagen op aardachtige planeten, het veranderen van de snelheid en de hoek van de impact bij elke gelegenheid.

Ze ontdekten dat begrazingseffecten - zoals die waarvan wordt gedacht dat ze onze maan hebben gevormd - tot veel minder atmosferisch verlies hebben geleid dan een voltreffer.

Frontale botsingen en hogere snelheden leidden tot veel grotere erosie, soms de atmosfeer volledig uitwissen, samen met een deel van de mantel, de laag die onder de aardkorst van een planeet zit.

De bevindingen geven meer inzicht in wat er gebeurt tijdens deze gigantische impacts, waarvan wetenschappers weten dat het veelvoorkomende en belangrijke gebeurtenissen zijn in de evolutie van planeten, zowel in ons zonnestelsel als daarbuiten.

De bevindingen zijn gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift .

Er wordt aangenomen dat onze maan ongeveer 4,5 miljard jaar geleden is gevormd na een botsing tussen de vroege aarde en een gigantisch impactor, mogelijk zo groot als Mars.

Het was niet bekend hoeveel van de vroege atmosfeer van de aarde had kunnen overleven bij deze gewelddadige impactgebeurtenis, of hoe dit zou veranderen voor verschillende botsingsscenario's.

In het geval van de aarde, de planeet had relatief veel geluk met deze botsing - afhankelijk van het precieze scenario verloor hij slechts tussen de tien en 50 procent van zijn atmosfeer.

Hoofdauteur Dr. Jacob Kegerreis, wiens onderzoek mede werd gefinancierd door een doctoraatsbeurs van de STFC, in het Instituut voor Computational Kosmologie, aan de Durham-universiteit, zei:"We weten dat planetaire botsingen een dramatisch effect kunnen hebben op de atmosfeer van een planeet, maar dit is de eerste keer dat we de grote verscheidenheid van deze gewelddadige gebeurtenissen in detail hebben kunnen bestuderen.

"Ondanks de opmerkelijk uiteenlopende gevolgen die kunnen voortvloeien uit verschillende inslaghoeken en snelheden, we hebben een eenvoudige manier gevonden om te voorspellen hoeveel atmosfeer verloren zou gaan.

"Dit legt de basis om de atmosferische erosie van elke gigantische impact te kunnen voorspellen, die zou bijdragen aan modellen van planeetvorming als geheel. Dit zal ons op zijn beurt helpen om zowel de geschiedenis van de aarde als bewoonbare planeet als de evolutie van exoplaneten rond andere sterren te begrijpen."

De onderzoekers voeren nu nog honderden simulaties uit om de effecten te testen die de verschillende massa's en samenstellingen van botsende objecten kunnen hebben.

Co-auteur Dr. Vincent Eke, in het Instituut voor Computational Kosmologie, Durham-universiteit, zei:"Op dit moment lijkt het erop dat de hoeveelheid atmosfeer die een planeet verliest als gevolg van deze botsingen afhangt van hoe gelukkig of ongelukkig ze zijn in termen van het type impact dat ze ondergaan."

Mede-co-auteur Dr. Luis Teodoro, van de Universiteit van Glasgow, zei:"Ons onderzoek laat zien hoe verschillende effecten overal van heel weinig tot de hele atmosfeer kunnen uitstoten door een verscheidenheid aan mechanismen."