إحدى المشاكل الأساسية في علم الكواكب هي محاولة تحديد كيفية تشكل وتطور الأجسام الكوكبية في النظام الشمسي الداخلي. يشير نموذج كمبيوتر جديد إلى أن الأجسام الضخمة - بعضها بحجم أجسام حزام كويبر الكبيرة مثل بلوتو وإريس - قد ضربت الأرض والقمر والمريخ خلال المراحل المتأخرة من تكوين الكواكب ، مما جلب المعادن الثقيلة إلى الأسطح الكوكبية. هذا النموذج - الذي تم إنشاؤه من قبل باحثين مختلفين من جميع أنحاء معهد ناسا للعلوم القمرية - يعالج بشكل مدهش العديد من الألغاز المختلفة عبر النظام الشمسي ، مثل كيف يمكن للأرض أن تحتفظ بالحب المعدني ، وعناصر مثل الذهب والبلاتين الموجودة في عباءةها ، وكيف يمكن للداخلية يمكن أن يكون القمر مبللاً بالفعل ، والتوزيع الغريب في أحجام الكويكبات.
قال بيل بوتكي من معهد الجنوب الغربي للأبحاث ، الذي قاد فريق البحث: "لقد تم مسح معظم الأدلة على ما حدث خلال المراحل المتأخرة من تكوين الكواكب بمرور الوقت". "إن المسار الذي كنا نتتبعه في هذه العوالم بارد إلى حد ما ، وأن نكون قادرين على استخراج المزيد من المعلومات عما لدينا والقدرة على الإجابة عن بعض المشاكل الطويلة الأمد أمر مثير للغاية."
وقال بوتكي لمجلة الفضاء إن القصة التي يرويها هذا النموذج الجديد "ليست معقدة كما تبدو للوهلة الأولى". "إنها تتضمن الكثير من المفاهيم معًا ، وبعض المفاهيم كانت موجودة بالفعل لبعض الوقت."
نشر بوتكي وفريقه نتائجهم في المجلة علم.
بدأ الباحثون بالنظرية المقبولة على نطاق واسع حول كيفية إنشاء قمرنا من خلال تأثير ضخم بين الأرض المبكرة وجسم كوكبي آخر بحجم المريخ. قال بوتكي: "كان هذا هو الحدث الأكثر صدمة الذي مرت به الأرض على الأرجح ، وكان ذلك الوقت الذي افترض فيه أن الأرض والقمر يشكلان قلبهما."
سقط الحديد الثقيل في وسط الجسدين ، وكان من المفترض أن يكون ما يسمى بعناصر siderophile عالية ، أو المحبة للمعادن ، مثل الرينيوم ، أوزميوم البلاتين ، والبلاديوم ، والذهب ، يتبع الحديد والمعادن الأخرى حتى القلب في أعقاب ذلك من حدث تشكيل القمر ، تاركًا القشرة الصخرية وعباءات هذه الأجسام خالية من هذه العناصر.
قال بوتكي: "هذه العناصر تحب اتباع المعدن ، لذلك إذا كان المعدن ينضب إلى القلب ، فإن هذه العناصر تريد تصريفها. لذلك إذا كان هذا صحيحًا ، فما نتوقعه أن الصخور المستمدة من الوشاح لا يجب أن تحتوي تقريبًا على عناصر شديدة الانجذاب ، ربما 10 إلى المستوى الخامس ناقص أو نحو ذلك. ولكن من المدهش أن هذا ليس ما نراه. إنهم أقل وفرة فقط بعامل أقل من 200 ، مقارنة بما نتوقعه ، بعامل 100،000 أو نحو ذلك. "
قال بوتكي إن هذه المشكلة قد تم الجدل حولها منذ السبعينيات ، مع اقتراحات مختلفة حول كيفية الرد على المشكلة.
"إن الإجابة الأكثر قابلية للتطبيق هي أنه بعد حدوث تأثير تشكيل القمر ، كانت هناك أيضًا أشياء أخرى تضرب الأرض خلال المراحل المتأخرة من تكوين الكوكب ، والأجسام الأصغر حجمًا ، وهذه الأجسام الأصغر استكملت هذه العناصر وأعطتنا الوفرة انظر اليوم. هذا ما نشير إليه بالتراكم المتأخر ".
على سطح القمر ، حدث الشيء نفسه. ولكن كانت هناك مشكلة في هذا السيناريو. تبلغ نسبة هذه العناصر على الأرض مقارنة بالصخور على القمر حوالي 1000 إلى 1.
قال بوتكي: "يبلغ المقطع العرضي للجاذبية للأرض حوالي 20 ضعفًا من مساحة القمر ، لذا بالنسبة لكل جسم يصطدم بالقمر ، كان من المفترض أن يضرب حوالي عشرين الأرض. وإذا أدى التراكم المتأخر إلى هذه العناصر ، فيجب أن يكون لديك نسبة 20 إلى 1 تقريبًا. لكن هذا ليس ما نراه - نرى نسبة 1000 إلى 1 ".
ناقش بوتكي - ديناميكي كوكبي - هذا مع زميله ديفيد نسفورني ، أيضًا من SWRI ، بالإضافة إلى نماذج جيوفيزيائية جيوكيميائية ، مثل ريتشارد ووكر من جامعة ماريلاند ، وجيمس داي من جامعة ماريلاند ، وليندا إلكينز - تانتون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
لقد توصلوا إلى نموذج كمبيوتر يبدو أنه يوفر إجابة.
قال بوتكي: "من خلال لعب الروليت مع هذه الأشياء ، وجدت أنه في كثير من الأحيان تتعرض الأرض لضرب مؤثرات ضخمة لن يراها القمر أبدًا". "تشير هذه النتيجة إلى أن الأشياء التي تضرب الأرض والقمر في نهاية فترة تكوين الكوكب كانت تهيمن عليها أجسام كبيرة جدًا."
تنبأ النموذج بأن أكبر المؤثرات المتأخرة على الأرض يبلغ قطره 2400 - 3200 كيلومتر (1500-2000 ميل) ، بينما يبلغ قطر القمر حوالي 240 - 320 كيلومترًا.
وصف بوتكي هذه النتيجة "اللطيفة" - لكنهم احتاجوا إلى المزيد من الأدلة الداعمة. لذا ، ألقوا نظرة على آخر مجموعة باقية من الأشياء التي بنت الكواكب ، حزام الكويكبات الداخلي. قال بوتكي: "تجد كويكبات كبيرة مثل سيريس وفيستا وبالاس" ، لذلك توجد الكويكبات الكبيرة على بعد 500 إلى 900 كيلومتر ، ولكن بعد ذلك ، يبلغ حجم الكويكبات التالية حوالي 250 كم فقط. يتطابق هذا مع الأحجام التي توصل إليها نموذجنا "، والتي لم يلاحظ فيها كويكبات بأحجام" بينية "في هذه المنطقة.
بعد ذلك ، نظروا إلى كوكب المريخ ، الذي يحتوي على بعض أحواض التأثير الكبيرة جدًا التي ربما تكون قد تركت منذ أيام تكوين الكوكب ، بما في ذلك حوض بورياليس ، وهو كبير جدًا لدرجة أنه يفسر على الأرجح الاختلافات في نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي في الكوكب الأحمر.
"نظرنا وتوقعنا حجم المؤثرات التي كانت ستخلق أحواض التصادم تلك ، وشاهدنا أن توزيع الأحجام يشبه إلى حد كبير ما كان متوقعًا للأرض والقمر ، وكذلك ما يوجد في حزام الكويكبات الداخلي.
إذن ، كل هذه الأشياء معًا - الأساس النظري ، وأدلة المراقبة من العناصر الموجودة على الأرض والقمر ، والتأثيرات على المريخ بشكل جماعي تقول شيئًا عن توزيع أحجام الأشياء في نهاية تكوين الكواكب.
وما هي التداعيات؟
قال بوتكي: "يمكننا أن نتنبأ بما كان يضرب الأرض والقمر والمريخ في ذلك الوقت ، وهم يصطفون مع ما نراه على الأسطح". "على كوكب المريخ يمكننا أن نلعب لعبة من أكبر المقذوفات التي كان من المفترض أن تضرب المريخ ، وهي تتناسب جيدًا مع حجم هذا الحوض الكبير الذي تشكل على كوكب المريخ ، كما أنتجت وفرة العناصر التي نراها هناك."
وتابع بوتكي: "بالنسبة للقمر ، سيكون أكبر الصدم 250-300 كيلومتر ، وهو بحجم حوض القطب الجنوبي أيكن". "بالنسبة للأرض ، تشرح هذه المؤثرات الكبيرة سبب تمكن بعض هذه التأثيرات من ضرب الأرض وليس كل العناصر ذهبت إلى قلب الأرض."
قال بوتكي أنه بالإضافة إلى المضاعفات ، ربما تكون بعض أكبر التأثيرات قد تحررت عبر الأرض وخرجت بالفعل إلى الجانب الآخر - في حالة مجزأة جدًا - وهطلت على الأرض. قال: "إذا كان هذا صحيحًا ، فهذا يوفر طريقة لنشر الشظايا على طول الأرض ، ولكن كيف يتم إعادة توزيع الحطام حول الجسم الكوكبي هو سؤال مثير حقًا. يحتاج هذا الجزء إلى المزيد من العمل وهو ببساطة على حافة ما يمكننا القيام به رقميًا ".
عندما يتعلق الأمر بالمياه على القمر الداخلي - الذي كان يُعتقد سابقًا أنه جاف ، لكن قياسات العينة الأخيرة ، تشير إلى أن محتوى الماء في الوشاح القمري يتراوح بين 200 وعدة آلاف جزء في المليار - يمكن أن يعالج نموذج بوتكي هذا أيضًا القضية.
وكتب الفريق في ورقتهم "إذا كان ذلك صحيحًا" ، من المحتمل أن نفس المقذوفة التي سلمت معظم أجهزة الصحة والسلامة والبيئة للقمر قد زودتها بالماء أيضًا ... يوفر التراكم المتأخر تفسيرًا بديلًا في حالة عدم قدرة مياه الوشاح القمرية على الهجرة من الأرض ما بعد العملاق إلى القمر المتنامي من خلال قرص أولي أولي ساخن ومبخر إلى حد كبير. "
وعن سبب إصابة المقذوفات الصغيرة بالقمر مقارنة بالأرض ، قال بوتكي إنها مجرد لعبة أرقام. وقال "نبدأ بسكان لديهم عدد معين من الأشياء الكبيرة والمتوسطة الحجم والأشياء الصغيرة". "ونختار عشوائيا مقذوفات من تلك المجموعة ، مقابل كل رجل كبير يضرب القمر ، ضرب 20 الأرض. ونلعب هذه اللعبة ، وإذا كان عدد المقذوفات محدودًا ، إذا أصيب القمر مرة واحدة أو مرتين فقط من هذا السكان ، فهذا يعني أن الأرض تضرب 20-30 مرة ، وهذا يكفي ليعطينا - في معظم المناسبات - ما نراه."
قال بوتكي إن هذا البحث أعطاه فرصة للعمل مع الجيوكيميائيين ، "الذين لديهم كل أنواع الأشياء المثيرة للاهتمام التي يمكنهم قولها والتي تساعد في تقييد العمليات التي أدت إلى تكوين الكوكب. تكمن المشكلة في أن لديهم أحيانًا معلومات رائعة ولكن ليس لديهم عملية ديناميكية يمكن أن تنجح. من خلال العمل معًا ، أعتقد أننا تمكنا من التوصل إلى بعض النتائج المثيرة للاهتمام ".
قال بوتكي: "الشيء الأكثر إثارة بالنسبة لي هو أننا يجب أن نكون قادرين على استخدام هذه الوفرة المتوفرة لدينا على الأرض والقمر والمريخ لسرد قصة تكوين الكوكب".
المصادر: علوم ، مقابلة هاتفية مع بوتكي
