Ein vom Southwest Research Institute geleitetes Team hat die frühe Einschlagsgeschichte der Venus modelliert, um zu erklären, wie der Schwesterplanet der Erde trotz fehlender Plattentektonik eine jugendliche Oberfläche bewahrt hat. Das Team verglich die frühen Kollisionsgeschichten der beiden Körper und stellte fest, dass die Venus wahrscheinlich Einschlägen mit höherer Geschwindigkeit und höherer Energie ausgesetzt war, wodurch ein überhitzter Kern entstand, der ausgedehnten Vulkanismus förderte und den Planeten wieder an die Oberfläche brachte.
„Eines der Geheimnisse des inneren Sonnensystems besteht darin, dass Erde und Venus trotz ihrer ähnlichen Größe und Massendichte auf auffallend unterschiedliche Weise funktionieren und sich insbesondere auf die Prozesse auswirken, die Materialien durch einen Planeten bewegen“, sagte Dr. Simone Marchi, Hauptautorin einer neuen Arbeit über diese Erkenntnisse in Naturastronomie.
Die sich verschiebenden Platten der Erde verändern ihre Oberfläche kontinuierlich, wenn Brocken der Erdkruste kollidieren und Gebirgszüge bilden, und fördern stellenweise den Vulkanismus. Venus hat mehr Vulkane als jeder andere Planet im Sonnensystem, hat aber nur eine durchgehende Platte als Oberfläche. Mehr als 80.000 Vulkane – 60-mal mehr als die Erde – haben eine wichtige Rolle bei der Erneuerung der Planetenoberfläche durch Lavaströme gespielt, die möglicherweise bis heute andauern. Frühere Simulationen hatten Schwierigkeiten, Szenarien zu erstellen, die dieses Ausmaß an Vulkanismus unterstützen.
„Unsere neuesten Modelle zeigen, dass langlebiger Vulkanismus, der durch frühe, energiereiche Kollisionen auf der Venus hervorgerufen wird, eine überzeugende Erklärung für das junge Oberflächenalter der Venus bietet“, sagte Professor Jun Korenaga, Mitautor der Yale University. „Diese gewaltige vulkanische Aktivität wird durch einen überhitzten Kern angetrieben, was zu einem heftigen inneren Schmelzen führt.“
Diese hochauflösende (1 Million Partikel) Computersimulation zeigt ein Projektil mit einem Durchmesser von 1.800 Meilen (3.000 Kilometer), das frontal mit einer Geschwindigkeit von 18 Meilen pro Sekunde (30 km/s) auf die Venus trifft. Auf der linken Seite zeigen die Farben unterschiedliche Materialien an – Braun für den Kern der Venus; weiß für den Kern des Projektils; und grün für den Silikatmantel beider Objekte. Die Farben auf der rechten Seite geben die Temperatur der Materialien an. Bildnachweis: Southwest Research Institute
Erde und Venus entstanden in derselben Nachbarschaft des Sonnensystems, als feste Materialien miteinander kollidierten und sich nach und nach zu den beiden Gesteinsplaneten vereinigten. Die geringfügigen Unterschiede in der Entfernung der Planeten von der Sonne veränderten ihre Einschlagsgeschichte, insbesondere die Anzahl und den Ausgang dieser Ereignisse.
Diese Unterschiede entstehen, weil die Venus näher an der Sonne ist und sich schneller um sie herum bewegt, was die Einschlagbedingungen verstärkt. Darüber hinaus wird der Schweif des Kollisionswachstums typischerweise von Impaktoren dominiert, die von außerhalb der Erdumlaufbahn stammen und höhere Exzentrizitäten der Umlaufbahn erfordern, um mit der Venus statt mit der Erde zu kollidieren, was zu stärkeren Einschlägen führt.
„Höhere Aufprallgeschwindigkeiten schmelzen mehr Silikat und schmelzen bis zu 82 % des Venusmantels“, sagte Dr. Raluca Rufu, Sagan Fellow und SwRI-Mitautorin. „Dadurch entsteht ein gemischter Mantel aus geschmolzenen Materialien, der global neu verteilt wird, und ein überhitzter Kern.“
Ein vom Southwest Research Institute geleitetes Team hat die frühe Einschlagsgeschichte der Venus modelliert, um zu erklären, wie der Schwesterplanet der Erde trotz fehlender Plattentektonik eine jugendliche Oberfläche bewahrt hat. Das neue Modell legt nahe, dass die Entfernung der Planeten von der Sonne zu Einschlägen mit höherer Energie und höherer Geschwindigkeit auf die Venus führte. Diese starken Kollisionen erzeugten einen überhitzten Kern, der einen ausgedehnten, ausgedehnten Vulkanismus förderte und den Planeten wieder an die Oberfläche brachte. Bildnachweis: Southwest Research Institute
Wenn die Einschläge auf der Venus eine deutlich höhere Geschwindigkeit als auf der Erde hätten, hätten einige große Einschläge drastisch unterschiedliche Folgen haben können, mit wichtigen Auswirkungen auf die nachfolgende geophysikalische Entwicklung. Das multidisziplinäre Team kombinierte Fachwissen in groß angelegten Kollisionsmodellen und geodynamischen Prozessen, um die Folgen dieser Kollisionen für die langfristige Entwicklung der Venus abzuschätzen.
„Die inneren Bedingungen der Venus sind nicht gut bekannt, und bevor die Rolle energetischer Einflüsse berücksichtigt wurde, erforderten geodynamische Modelle spezielle Bedingungen, um den massiven Vulkanismus zu erreichen, den wir auf der Venus sehen“, sagte Korenaga. „Wenn man energetische Einwirkungsszenarien in das Modell eingibt, kann es problemlos den ausgedehnten und ausgedehnten Vulkanismus berechnen, ohne dass die Parameter wirklich angepasst werden müssen.“
Und der Zeitpunkt dieser neuen Erklärung ist zufällig. Im Jahr 2021 verpflichtete sich die NASA zu zwei neuen Venus-Missionen, VERITAS und DAVINCI, während die Europäische Weltraumorganisation eine Mission namens EnVision plant.
„Das Interesse an der Venus ist derzeit groß“, sagte Marchi. „Diese Ergebnisse werden Synergien mit den bevorstehenden Missionen haben, und die Missionsdaten könnten helfen, die Ergebnisse zu bestätigen.“
Mehr Informationen:
Simone Marchi et al., Langlebige vulkanische Oberflächenerneuerung der Venus durch frühe Kollisionen, Naturastronomie (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02037-2. www.nature.com/articles/s41550-023-02037-2