القمر وبقعه المظلمة. رصيد الصورة: ناسا. اضغط للتكبير.
لقد انبهر الناس من كل ثقافة 'بالبقع' المظلمة على القمر ، والتي يبدو أنها تشكل شخصية أرنب أو ضفادع أو وجه مهرج. من خلال مهمات أبولو ، وجد العلماء أن هذه الميزات هي في الواقع أحواض تصادم ضخمة غمرت بحمم بركانية صلبة الآن. كانت إحدى المفاجآت أن هذه الأحواض تشكلت في وقت متأخر نسبيًا في تاريخ النظام الشمسي المبكر - ما يقرب من 700 مليون سنة بعد تشكل الأرض والقمر. يعتقد العديد من العلماء الآن أن أحواض الارتطام القمري هذه تشهد على ارتفاع هائل في معدل قصف الكواكب - يسمى القصف الثقيل المتأخر (LHB). ومع ذلك ، يعتبر الكثيرون أن سبب هذا القصف الشديد هو أحد أفضل الألغاز المحفوظة في تاريخ النظام الشمسي.
في سلسلة من ثلاث أوراق بحثية نُشرت في عدد هذا الأسبوع من مجلة Nature ، قام فريق دولي من علماء الكواكب ، رودني جوميز (المرصد الوطني للبرازيل) ، هارولد ليفيسون (معهد أبحاث الجنوب الغربي ، الولايات المتحدة) ، أليساندرو موربيديلي (مرصد لا سي. ؟ te دازور ، فرنسا) و Kleomenis Tsiganis (OCA وجامعة Thessaloniki ، اليونان) - تم الجمع بينهما بواسطة برنامج الزوار الذي تم استضافته في Observatoire de la C؟ te d'Azur في نيس - اقترح نموذجًا لا يحل بشكل طبيعي فقط لغز أصل LHB ، ولكنه يشرح أيضًا العديد من الخصائص المرصودة لنظام الكواكب الخارجي.
يتصور هذا النموذج الجديد أن الكواكب الأربعة العملاقة ، كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون ، تشكلت في تكوين مداري مضغوط للغاية ، كان محاطًا بقرص من الأجسام الصغيرة المصنوعة من الجليد والصخور (المعروفة باسم 'الكواكب الصغيرة'). تظهر المحاكاة العددية التي أجراها فريق نيس أن بعض هذه الكواكب الصغيرة تسربت ببطء من القرص بسبب تأثيرات الجاذبية للكواكب. نثرت الكواكب هذه الأجسام الصغيرة في جميع أنحاء النظام الشمسي ، وأحيانًا إلى الخارج وأحيانًا إلى الداخل.
يقول تيجانيس: 'كما علمنا إسحاق نيوتن ، لكل فعل رد فعل متساوٍ ومعاكس'. 'إذا رمى كوكب ما كوكبًا خارج النظام الشمسي ، فإن الكوكب يتحرك باتجاه الشمس ، قليلاً جدًا ، كتعويض. من ناحية أخرى ، إذا قام الكوكب بتشتيت الكواكب إلى الداخل ، فإن الكوكب يقفز قليلاً بعيدًا عن الشمس '.
تظهر المحاكاة العددية أن المشتري ، في المتوسط ، تحرك إلى الداخل بينما تحركت الكواكب العملاقة الأخرى إلى الخارج.
في البداية ، كانت هذه عملية بطيئة للغاية ، استغرقت ملايين السنين حتى تتحرك الكواكب بمقدار ضئيل. ثم ، وفقًا لهذا النموذج الجديد ، بعد 700 مليون سنة ، تغير الوضع فجأة. في ذلك الوقت ، هاجر زحل عبر النقطة التي كانت مدتها المدارية ضعف تلك الخاصة بالمشتري. تسبب هذا التكوين المداري الخاص في أن تصبح مداري كوكب المشتري وزحل فجأة أكثر إهليلجية.
يقول جوميز: 'تسبب هذا في تحول مداري أورانوس ونبتون إلى حالة من الجنون'. 'أصبحت مداراتهم شاذة للغاية وبدأت في تشتت جاذبيتها عن بعضها البعض - وزحل أيضًا.'
يجادل فريق نيس بأن هذا التطور لمداري أورانوس ونبتون تسبب في هبوط LHB على القمر. تظهر عمليات المحاكاة الحاسوبية الخاصة بهم أن هذه الكواكب اخترقت بسرعة كبيرة القرص الكوكبي ، وتشتت الأشياء في جميع أنحاء نظام الكواكب. دخلت العديد من هذه الأجسام النظام الشمسي الداخلي حيث تسببت في إحداث تأثيرات على الأرض والقمر. بالإضافة إلى ذلك ، أدت العملية برمتها إلى زعزعة استقرار مدارات الكويكبات ، والتي كانت ستساهم أيضًا في إنشاء LHB. أخيرًا ، تسببت تأثيرات الجاذبية للقرص الكوكبي في تطور أورانوس ونبتون إلى مداريهما الحاليين.
يقول ليفيسون: 'إنه مقنع للغاية'. 'لقد أجرينا عدة عشرات من عمليات المحاكاة لهذه العملية ، وإحصائيًا انتهى الأمر بالكواكب في مدارات مشابهة جدًا لتلك التي نراها ، مع عمليات الفصل والانحراف والميل الصحيحة. لذلك ، بالإضافة إلى LHB ، يمكننا أيضًا شرح مدارات الكواكب العملاقة. لم ينجز أي نموذج آخر شيئًا من قبل '.
ومع ذلك ، كانت هناك عقبة أخرى يجب التغلب عليها. يحتوي النظام الشمسي حاليًا على مجموعة من الكويكبات التي تتبع بشكل أساسي نفس مدار كوكب المشتري ، ولكنها تقود أو تتبع هذا الكوكب بمسافة زاويّة تبلغ حوالي 60 درجة. تظهر المحاكاة الحاسوبية أن هذه الأجسام ، المعروفة باسم 'كويكبات طروادة' ، كانت ستفقد مع تغير مدارات الكواكب العملاقة.
يقول موربيدلي: 'جلسنا لأشهر قلقين بشأن هذه المشكلة ، التي بدت وكأنها تبطل نموذجنا ، حتى أدركنا أنه إذا تمكن طائر من الهروب من قفص مفتوح ، يمكن لطائر آخر أن يأتي ويعشش فيه.'
وجد فريق Nice أن بعض الأجسام التي كانت تقود تطور الكواكب ، والتي تسببت في LHB ، قد تم التقاطها أيضًا في مدارات كويكب طروادة. في عمليات المحاكاة ، تحولت أحصنة طروادة المحاصرة إلى إعادة إنتاج التوزيع المداري لأحصنة طروادة المرصودة ، والتي لم يتم تفسيرها حتى الآن. كانت الكتلة الإجمالية المتوقعة للأجسام المحاصرة متوافقة أيضًا مع السكان المرصود.
في المجموع ، يشرح النموذج الجديد لفريق نيس بشكل طبيعي مدارات الكواكب العملاقة وكويكبات طروادة و LHB بدقة غير مسبوقة. يقول مورديبيلي: 'يشرح نموذجنا أشياء كثيرة جدًا نعتقد أنه يجب أن يكون صحيحًا بشكل أساسي'. 'يُظهر هيكل النظام الشمسي الخارجي أن الكواكب ربما مرت بهزة بعد انتهاء عملية تكوين الكواكب.'
المصدر الأصلي: بيان صحفي SWRI
