Доцно тешко бомбардирање

Доцното тешко бомбардирање (ДТБ) или месечева катаклизма е претпоставен настан за кој се мисли дека се случил пред приближно 4,1 до 3,8 милијарди години, во ерите на неохадејот и еоархаикот на Земјата. Според хипотезата, во ова временско доба, огромен број на астероиди се судриле со младите земјовидни планети во внатрешниот Сончев Систем (Меркур, Венера, Земјата и Марс). Ова се случило поради присуство на тела создадени на процесите на насобирање и поради планетарна нестабилност на голем број тела во Сончевиот Систем. Иако оваа теорија е општоприфатена, сепак тешко е да се понудат непобитни докази.
Докази за ДТБ има во примероците од Месечината донесени од астронаутите во Аполо мисиите. Преку испитување на датирањето на изотопите (одредување на старост на материјалите преку односот на радиоактивните изотопи во нивниот состав) на карпите од Месечината се заклучило дека сударите се случиле во прилично краток временски интервал. Неколку хипотези се обидуваат да го објаснат зголеменото присуство на ударни фактори (т.е. астероиди и комети) во внатрешниот Сончев Систем во тоа време, но сè уште нема консензус. Моделот Ница, популарен меѓу планетарните научници, претпоставува дека џиновските планети се преселиле и, притоа, ги растроиле телата во астероидниот појас и во Кајперовиот Појас во ексцентрични орбити и на орбиталната патека на земјовидните планети. Други научници тврделе дека податоците од месечевите примерци не укажуваат на настан по кој би се создале катаклизмични кратери пред околу 3,9 милијарди години, туку дека примероците се земени во близина на еден голем ударен басен кој настанал во тоа време. Тие, исто така, забележувале дека стапката на кратерски удари може значително да се разликува помеѓу надворешната и внатрешната зона во Сончевиот Систем.
1 Доказ за катаклизма
Доказот за катаклизмата на Месечината претежно доаѓа од радиометрискито датирање на стопените карпи од ударот кои биле земени за време на мисиите од Аполо програмата. Се верува дека поголемиот дел од овие стопени карпи настанале за време на судирот со астероиди или комети со пречник од десетици километри, при што се формирале ударни кратери со пречник од стотици километри. Местата на кои слетувале Аполо 15, 16 и 17 биле избирани на тој начин за да бидат во близина на басените Имбриум, Нектарис и Серенитатис, соодветно.
Очигледно било дека староста на овие стопени карпи е помеѓу приближно 3,8 и 4,1 милијарди години, што довело до заклучок дека за ова време Месечината била интензивно бомбардирана. Овој период е наречен „месечева катаклизма“ и предложиле дека тогаш била драматично зголемена стапката на бомбардирање на Месечината. Ако стопените карпи потекнуваат од овие три басени, тогаш не само што овие три познати ударни басени се формирале во краток временски интервал, туку врз основа на стратиграфски анализи се испоставило постоењето на многу други такви басени. Во тоа време, заклучокот се сметал за контроверзен.
По прибавувањето на повеќе податоци, особено од месечевите метеорити, оваа хипотеза, иако сè уште била контроверзна, станала попопуларна. Се верува дека месечевите метеорити треба да се земаат по случаен избор од површината на Месечината, а барем некои од нив би требало да потекнуваат од места подалеку од местата на слетување на Аполо. Многу момирокични месечеви метеорити веројатно потекнуваат од далечната страна на Месечината, а по стопените останки во нив е установено дека потекнуваат од неодамна. Староста на примероците земени од кратерите не надминува приближно 3,9 милијарди години, што одело во прилог на оваа хипотеза. Сепак, староста на примероците не е групирана во тој период (3,9 милијарди години) туку се протега во временска рамка од 2,5 до 3,9 милијарди години.
Датирањето на ХЕД метеоритите (хауардит, еукрит и диогенит) и Х хондрит метеоритите кои потекнуваат од астероидниот појас се со старост од 3,4 до 4,1 милијарди години. Староста од 3,4 до 4,1 милијарди години се толкува дека претставува зголемување на брзините на ударот, бидејќи компјутерските симулации при кои се користел хидрокод откриваат дека количината на стопени карпи се зголемува за 100 до 1.000 пати затоа што се зголемува забрзувањето при ударот од сегашниот просек на астероидниот појас од 5 km/s до 10 km/s. За да има брзина на удар од преку 10 km/s потребни се многу високи наклони или голема ексцентричност на астероидите кои ги пресекуваат орбитите на планетите. Ваквите тела се ретки во сегашниот астероиден појас, но нивното присуство би било значително зголемено ако се изземат резонанциите на џиновската планета поради планетарната миграција.
Истражувањата за распоредот на големите кратерите на повисоките места наведуваат дека истата фамилија од проектили ги погодила Меркур и Месечината за време на Доцното Тешко Бомбардирање. Ако распаѓањето на доцните тешки бомбардирања на Меркур соодветствува со распаѓањето на доцното силно бомбардирање на Месечината, најмладиот голем басен на Меркур - Калорис, може да се споредува со возраста на најмладите големи месечеви басени, Ориентал и Имбриум, и сите рамнински единици се постари од 3 милијарди години.
2 Критика на хипотезата за катаклизма
Додека хипотезите за катаклизма стануваат сѐ попопуларни, особено меѓу динамичарите кои ги одредиле можните причини за таквиот феномен, тие се многу контроверзни и се засноваат на дискутабилни претпоставки. Има две главни критики кон оваа хипотеза: дека старосната група на примероците може да биде последица од тоа што се земаат примероци од еден басен и дека тоа што нема од удар стопени карпи постари од околу 4,1 милијарди години може да значи дека сите такви примероци се сториле прав или дека нивната старост е ресетирана.
Првата критика се однесува на потеклото на земени примероци од стопени карпи, кои биле земани од местата на слетување на Аполо. Иако се смета дека примероците се земани од најблискиот басен, се тврди дека голем дел од нив би можело да потекнуваат од басенот Имбриум. Ударниот басен Имбриум е најмладиот и најголемиот меѓу басените со повеќе прстени кои се наоѓаат во средината од блиската страна на Месечината, а квантитативното моделирање покажало дека значителни количини на исфрлен материјал од овој настан треба да бидат присутни на сите места на кои слетал Аполо. Според оваа алтернативна хипотеза, тоа што групата од стопени карпи е стара околу 3,9 милијарди години е поради тоа што материјалот се насобрал на едно место (Имбриум) од еден ударен настан, а не од неколку различни удари. Други критики, исто така, тврдат дека старосниот шпиц од 3,9 милијарди години, одреден со датирањето на <sup>40</sup>Ar/<sup>39</sup>Ar, исто така, можел да настане од раното создавање на кора проследено со делумни загуби на <sup>40</sup>Ar, а стапката на удар се намалувала.
Втората критика се однесува на тоа што не можат да се најдат стопени карпи од удар кои се постари од околу 4,1 милијарди години. Една претпоставка на ова гледиште според кое немало катаклизма е дека навистина има стари стопени карпи, но дека нивната радиометриска старост е ресетирана од континуираните ефекти на ударните кратери во последните 4 милијарди години. Исто така, можно е сите овие наводни примероци (од стари стопени карпи) да се раситниле до многу мали димензии така што од нив е невозможно да се определи староста со користење на стандардни радиометриски методи. Најновата реинтерпретација за бројот на кратерите наведува дека бомбардирањето на Месечината и на Марс можеби било помало. Така, бројот на кратери може да се објасни и без одреден шпиц на бомбардирање на внатрешниот Сончев Систем.
3 Геолошки последици на Земјата
Доколку навистина имало катаклизмично бомбардирање на Месечината, тогаш и Земјата би била погодена. Екстраполацијата на стапките на месечеви кратери на Земјата во ова време наведува дека би се формирал следниот износ на кратери:* преку 22.000 ударни кратери со пречник поголем од 20 км,
* околу 40 ударни басени со пречник од околу 1000 км,
* неколку ударни басени со пречник од околу 5000 км,
Пред формулирањето на хипотезата за ДТБ, геолозите генерално претпоставувале дека Земјата останала стопена до пред околу 3,8 милијарди години. Датирањето (одредена со радиодатирање) на најстарите познати карпи од целиот свет никогаш не го надминува овој период и се чини дека претставува „точка на пресек“ преку која не може да се најдат постари карпи. Датирањето на карпите на Земјата останало прилично константно дури и при различните методи за датирање, вклучувајќи го и системот кој се смета за најпрецизен и најмалку погоден од околината, датирањето со ураниум-олово на цирконите. Затоа што не можело да се најдат постари карпи, генерално се претпоставувало дека Земјата била стопена до овој период, кој е границата помеѓу раниот хадејски и подоцнежниот архејски еон. Но, во 1999 година, најстарата позната карпа на Земјата била датирана на пред 4,031 ± 0,003 милијарди години и е дел од Акаста Гнајс на Ропскиот Кратон во северозападна Канада.
Сепак, може да се најдат постари карпи во форма на делови од астероиди кои паѓаат на Земјата како метеорити. Како карпите на Земјата, и астероидите исто така имаат остра граница од околу 4,6 милијарди години, што се претпоставува дека е времето кога се формирале првите цврсти материи во протопланетарниот диск околу тогаш младото Сонце. Хадеј бил временскиот период помеѓу формирањето на овие рани карпи во вселената и евентуалното зацврстување на Земјината кора, околу 700 милиони години подоцна. Тогаш се случило насобирањето на планетите од дискот и бавното ладење на Земјата во цврсто тело додека се ослободувала гравитациската потенцијална енергија од насобирањето.
Подоцнежните пресметки покажале дека стапката на колапс и ладење зависи од големината на карпестото тело. Оваа стапка пресликана на објект со маса на Земјата навела на многу брзо ладење, за кое биле потребни само 100 милиони години.
ДТБ нуди можно објаснување за оваа аномалија. Според овој модел, карпите кои датираат од пред 3.8 милијарди години се стврднале дури откако голем дел од кората била уништена од ДТБ. Акаста Гнајс во северноамериканскиот кратонски штит и гнајсевите во делот на Џек Хилс на Нариер Гнајс Теран во Западна Австралија се најстарите континентални фрагменти на Земјата, но сепак се чини дека датираат по ДТБ. Најстариот минерал досега датиран на Земјата, циркон од пред 4,404 милијарди години од Џек Хилс, му претходи на овој настан, но веројатно е фрагмент од кора оставен од пред ДТБ, во составот на многу помлада (~ 3,8 милијарди години стара) карпа. 
Цирконот од Џек Хилс довел до подобро разбирање на Хадејскиот еон. Постарите наводи најчесто покажуваат дека Земјата во Хадејот била со стопена површина и испакнати вулкани. Самото име „Хадеј“ се однесува на „пеколните“ услови за кои се претпоставувало дека постоеле на Земјата за тоа време; според богот на подземниот свет Хад. Датирањето на цирконот наведувал, иако контроверзно, дека површината во Хадеј била цврста и покриена со кисели океани. Ваквата претстава произлегува од присуството на одредени изотопски соодноси кои наведуваат на хемиски реакции со присуство на вода одредено време пред формирањето на најстарите карпи (види Ладна рана Земја).
Манфред Шидловски во 1979 година тврдел дека односот меѓу јаглеродните изотопи кај некои седиментни карпи пронајдени на Гренланд се остаток од органска материја. Имало многу расправи за прецизното датирање на карпите, при што Шидловски навел дека се стари околу 3,8 милијарди години, а други наведувале „поскромни“ 3.6 милијарди години. Во секој случај, разликата во времето би била прекратка за да се случи абиогенезата. Доцното Тешко Бомбардирање и „повторното топење“ на кората што оваа претпоставка ги наведува овозможува временска рамка според која е можно постоењето на органски материи: животот или се формирал веднаш по доцното тешко бомбардирање, или што е поверојатно го преживеал по неговото појавување порано за време на Хадеј. Неодамнешни  студиите сугерираат дека карпите што ги пронашол Шидловски се навистина од крајот на можниот временски опсег од пред околу 3,85 милијарди години. Студиите од 2005, 2006 и 2009 година не нашле докази за изотопски-лесните соодноси на јаглерод кои биле основа за првичните тврдења. Се наведувало дека животот би можел да се пренесе вон Земјата поради ударите и негово враќање и „повторно зачнување“ живот откако светот се опоравил по глобалниот удар, со што не само што би се рестартира еволуцијата, туку и може да дава одреден биолошки ефект што го зголемува капацитетот за стрес на собраните микробни организми а со тоа и нивниот капацитет за преживување.
Слична студија на карпите од Џек Хилс покажува траги од ист вид на потенцијални органски индикатори. Торстен Гајслер од Институтот за минералогија на Универзитетот во Минстер проучувал траги од јаглерод заробен во мали парчиња дијамант и графит во циркони кои датираат од пред 4,25 милијарди години. Односот меѓу јаглерод-12 и јаглерод-13 бил невообичаено висок, што е знак за постоење на живот.
Тридимензионални компјутерски модели развиени во мај 2009 година од страна на тим од Универзитетот Колорадо во Болдер покажуваат дека голем дел од Земјината кора, и микробите што живеат во неа, би можеле да го преживеат бомбардирањето. Нивните модели наведуваат дека иако површината на Земјата би била стерилизирана, хидротермалните вентили под површината на Земјата би можеле да го заштитат животот обезбедувајќи засолниште за термофилните микроби. Во април 2014 година, научниците објавиле дека пронашле докази за ударот на досега најголемиот земјовиден метеор во близина на Барбертон Гринстоун Појасот. Тие процениле дека ударот се случил пред околу 3,26 милијарди години и дека телото имало пречник од 37 до 58 км. Кратерот од овој настан, доколку сѐ уште постои, не е пронајден.
4 Можни причини
4.1 Преселба на џиновски планети
Во моделот Ница, Доцното Тешко Бомбардирање е резултат на динамичка нестабилност во надворешниот Сончев Систем. Оригиналните симулации на моделот Ница (од страна на Гомес и други) започнале со тесна орбитална конфигурација на џиновските планети на Сончевиот Систем опкружена со богат заднептунски појас. Телата од овој појас можат да залутаат во орбитите по кои се движат планетите, и со тоа предизвикувале планетите да се преселат во друга орбита во текот на неколку стотици милиони години. Орбитите на Јупитер и Сатурн полека се оддалечувале додека не преминале во 2:1 орбитална резонанца, предизвикувајќи зголемување на занесувањето на нивните орбити. Орбитите на планетите станале нестабилни, а Уран и Нептун се распослале на пошироки орбити кои го нарушувале надворешниот појас, и така предизвикувале бомбардирање од комети штом ќе влезеле во планетопресекувачки орбити. Заемното дејство на телата и планетите, исто така, предизвикале побрза миграција на орбитите на Јупитер и Сатурн. Оваа миграција овозможувала резонанциите да се пробијат низ астероидниот појас, со што се зголемувала орбиталната занесеност на многу астероиди додека не влегле во внатрешниот Сончев Систем и не се судриле со земјовидните планети.
Моделот Ница претрпел извесна промена од неговото првично објавување. Џиновските планети сега почнуваат во мултирезонантна конфигурација поради раната миграција (предизвикана од гас) низ протопланетарниот диск. Интеракциите со заднептунскиот појас им овозможуваат да се ослободат од резонанциите по неколку стотици милиони години. Потоа следат судари меѓу планетите како: сударот меѓу леден џин и Сатурн по што ледениот џин бил турнат во Јупитерпресекувачка орбита, по што следело судар и со Јупитер што го исфрлило ледениот џин кон надвор. Ова сценарио за Скокачкиот Јупитер мошне брзо го зголемува раздвојувањето на Јупитер и Сатурн, со што ефектите на резонантното чистење биле ограничени само на астероидите и земјовидните планети. Иако со ова треба да се зачува ниското орбитално занесување на земјовидните планети и да се спречи многу од астероидите со високо занесување да го напуштат астероидниот појас, исто така преку астероидите кои го напуштаат главниот астероиден појас, треба да го исцрпи внатрешниот астероиден појас како примарен извор на тела во сударите од ДТБ. Ледениот џин често е исфрлен по неговиот судар со Јупитер, што довело некои научници да предложат дека Сончевиот Систем на самиот почеток имал пет џиновски планети. Неодамнешните  трудовите, сепак, откриваат дека ударите од овој внатрешен астероиден појас не би биле доволни за да се објасни создавањето на древните сферични ударни басени и месечевите басени, и дека доцното тешко бомбардирање веројатно не било со тела од астероидниот појас.
4.2 Доцно формирање на Уран и Нептун
Според една планетезимална симулација за создавањето на планетарниот систем, најоддалечените планети Уран и Нептун се создавале многу бавно, во период од неколку милијарди години. Харолд Левисон и неговиот тим, исто така, навеле дека релативно малата густина на материјалот во надворешниот Сончев Систем за време на создавањето на планетите значително би го забавила нивното собирање. Затоа, доцното формирање на овие планети е предложено како причина за ДТБ. Сепак, неодамна  пресметките на протокот на гас во комбинација со прираст на побегнати планестимали во надворешниот Сончев Систем наведуваат дека јовијанските планети се создале исклучително брзо, во рок од 10 милиони години, што не му оди во прилог на ова објаснување за ДТБ.
4.3 Претпоставка за планетата V
Хипотезата за планетата V претпоставува дека петтата земјовидна планета го предизвикала Доцното Тешко Бомбардирање кога нејзината метастабилна орбита влегла во внатрешниот астероиден појас. Претпоставената петта земјовидна планета, Планетата V, имала двојно помала маса од Марс и орбитирала помеѓу Марс и астероидниот појас. Орбитата на планетата V станала нестабилна поради растројувањата од другите внатрешни планети кои ја натерале да го пресече внатрешниот астероиден појас. По судирите со Планетата V, многу астероиди влегле во орбита која се вкрстува со Земјата, и на тој начин го предизвикале Доцното Тешко Бомбардирање. Планетата V на крајот ја снемало, најверојатно се судрила со Сонцето. Во нумеричките симулации, за потврда на оваа хипотеза неопходна е нерамномерна распределба на астероиди, со астероиди концентрирани во внатрешниот астероиден појас за на ваков начин да се предизвика ДТБ. Предложена е друга верзија на оваа хипотеза во која кратерите на Месечината потекнуваат од удари на остатоците кои произлегле од сударот на планетата V со Марс, по што се формирал Бореалис Басенот, со која се објаснува малиот број на џиновски месечеви басени во однос на квантитетот на кратерите и недостигот на докази за судар со комета.
4.4 Разорување на марсопресекувачки астероид
Хипотезата предложена од Матија Чук претпоставува дека последните неколку удари кои формирале басен биле резултат на судир со голем марсопресекувачки астероид. Овој астероид со големина на Веста бил остаток од многу поголема група на астероиди од сегашниот главен астероиден појас. Поголемиот дел од ударите пред создавањето на басенот Имбриум се случиле поради овие марсопресекувачи, при што раното бомбардирање се проширило до пред 4,1 милијарди години. Потоа следел период без многу судири кои оставале кратери, и во тој период марсовото магнетно поле се распаѓало. Потоа, пред околу 3,9 милијарди години, катастрофален удар го разорил астероидот со големина на Веста, по што значително се зголемил бројот на марсопресекувачи. Многу од овие тела потоа станале земјопресекувачи, а стапката на судари со Месечината значително се зголемила при што се формирале последните неколку басени предизвикани од удари на Месечината. Чук за да поткрепи својата хипотеза укажува на слабиот или непостоечки резидуален магнетизам кај последните неколку басени и промената во распоредот на големината и зачестеноста на кратерите кои се формирале за време на ова доцно бомбардирање. Времето и причината за промената во распоредот на големината и зачестеноста на кратерите е контроверзна.
4.5 Други можни извори
Испитани се голем број други можни извори на Доцното Тешко Бомбардирање. Меѓу нив се: други Земјини сателити кои орбитирале независно или како месечеви тројанци, планетитезимали останати од создавањето на земјовидните планети, коорбитирачи на Земјата или Венера и расцепувањето на голем астероид од главниот појас. Другите природни сателити на Земјата со независни орбити набрзо биле уловени во резонанци за време на раното орбитално проширување на Месечината предизвикано од плимна сила и ги снемало или биле уништени во рок од неколку милиони години. Утврдено е дека месечевите тројанци биле дестабилизирани во рок од 100 милиони години поради резонанцата од сончевата енергија кога Месечината достигнала растојание од 27 Земјини полупречници. Се покажало дека планетизималите останати по создавањето на земјовидните планети многу брзо се исцрпувале поради судири со други тела и исфрлања од орбитите по што настанале последните месечеви басени. Долгорочната стабилност на првобитните коорбитирачи на Земјата или Венера (тројанци или тела со орбити во форма на потковица) во согласност со недостатокот на тековни набљудувања укажуваат на тоа дека нив најверојатно ги немало во доволен број за да придонесат за ДТБ. Откриено е дека за да има ДТБ како последица на разорување по судир на астероид од главниот појас потребен услов е астероидот да бил со големина од 1.000 до 1.500 km. Остатоците по евентуалните судири меѓу внатрешните планети, кои сега ги нема, исто така се предложени како можен причинител на ДТБ.
5 Вонсончев Систем со можно Доцно Тешко Бомбардирање
Пронајдени се докази за услови слични на Доцното Тешко Бомбардирање околу ѕвездата Ета Корви.
6 Поврзано
* Ладна рана Земја – Претпоставка дека Земјата била ладна за време на геолошката ера Хадеј
* Настанок и развој на Сончевиот Систем
* Разорена планета
* Астероиден појас