قم بإعادة عقارب الساعة الكونية إلى الوراء ببضعة مليارات من السنين ، وسيبدو نظامنا الشمسي مختلفًا كثيرًا عما هو عليه اليوم. منذ حوالي 4.5 مليار سنة ، أشرقت الشمس الفتية كما هي الآن ، على الرغم من أنها كانت أصغر قليلاً. فبدلاً من أن تكون محاطة بالكواكب ، كانت مختبئة في قرص دوامي من الغاز والغبار. يسمى هذا القرص قرص الكواكب الأولية وهو المكان الذي تشكلت فيه الكواكب في النهاية.
كانت هناك فجوة واضحة في قرص الكواكب الأولية للنظام الشمسي ، بين مكان وجود المريخ والمشتري الآن ، ومكان حزام الكويكبات في العصر الحديث. سبب الفجوة هو لغز غامض ، لكن علماء الفلك يعتقدون أنه علامة على العمليات التي تحكم تكوين الكواكب.
نشرت مجموعة من العلماء ورقة بحثية توضح اكتشاف هذه الفجوة القديمة. المؤلف الرئيسي هو Cauê Borlina ، دكتوراه في علوم الكواكب. طالب في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب (EAPS) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT). عنوان الورقة هو ' دليل مغناطيسي قديم لبنية قرصية في النظام الشمسي المبكر . ' تم نشره في مجلة Science Advances.
بفضل مرافق مثل مجموعة أتاكاما الكبيرة المليمترية / الفرعية (ALMA) ، يتحسن علماء الفلك في النظر إلى الأنظمة الشمسية الأحدث التي لا تزال تحتوي على أقراص كوكبية أولية ولا تزال تشكل الكواكب. غالبًا ما تحتوي على فجوات وحلقات واضحة تشير إلى تشكل الكواكب. لكن كيف يعمل كل شيء بالضبط لا يزال لغزا.
يقول بنجامين فايس Benjamin Weiss ، المؤلف المشارك للدراسة وأستاذ علوم الكواكب في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب ( EAPS). 'هذه إشارات مهمة ولكنها غير مفهومة جيدًا للعمليات الفيزيائية التي يتحول من خلالها الغاز والغبار إلى الشمس والكواكب الفتية.'
تكشف صورة ALMA لقرص الكواكب الأولية حول النجم الشاب القريب TW Hydrae الحلقات والفجوات في الأقراص الصغيرة. الائتمان: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA) ؛ ب. ساكستون (NRAO / AUI / NSF) ؛ ألما (ESO / NAOJ / NRAO)
يأتي الدليل على وجود فجوة في قرص الكواكب الأولية لنظامنا الشمسي منذ حوالي 4.5 مليار سنة من دراسة النيازك.
كان للمجالات المغناطيسية للنظام الشمسي تأثير على بنية النيازك. شكلت المغنطيسية القديمة الصخور الصغيرة في قرص الكواكب الأولية المسمى الغضروف. Chondrules هي قطع منصهرة أو منصهرة جزئيًا من الصخور المستديرة التي أصبحت متراكمة إلى نوع من النيزك يسمى chondrites. والكوندريت هي بعض من أقدم الصخور في النظام الشمسي.
عندما تبرد الغضروف ، احتفظوا بسجل للمجالات المغناطيسية في ذلك الوقت. تتغير هذه الحقول المغناطيسية بمرور الوقت مع تطور قرص الكواكب الأولية. يختلف اتجاه الإلكترونات في الغضاريف اعتمادًا على طبيعة الحقول المغناطيسية في ذلك الوقت. بشكل جماعي ، كل تلك الغضروف في كل تلك الكوندريتات تحكي قصة.
هذه صورة لكوندريت يُدعى NWA 869 (شمال غرب إفريقيا 869) تم العثور عليها في الصحراء الكبرى في عام 2000. توجد حبيبات معدنية وغضاريف مرئية في الوجه المقطوع. حقوق الصورة: بواسطة H. Raab (المستخدم: Vesta) - العمل الخاص ، CC BY-SA 3.0 ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=226918
في هذه الدراسة ، قامت المجموعة بتحليل الغضاريف من اثنين من النيازك الكربونية المكتشفة في القارة القطبية الجنوبية. استخدموا جهازًا يسمى SQUID ، أو مسح جهاز التداخل الكمي فائق التوصيل. حبار هو مقياس مغناطيسي عالي الحساسية وعالي الدقة يستخدم في العينات الجيولوجية. استخدم الفريق الحبار لتحديد المجال المغناطيسي الأصلي القديم لكل غضروف في النيازك.
تستند الدراسة أيضًا إلى ظاهرة تسمى انقسام النظائر . سقطت عائلتان منفصلتان من النيازك على الأرض ، ولكل منهما تركيبة نظيرية مختلفة ، وخلص العلماء إلى أن العائلتين يجب أن تكونا في أوقات وأماكن مختلفة في النظام الشمسي المبكر. يُطلق على النوعين اسم كربوني (CC) وغير كربوني (NC). من المحتمل أن تحتوي النيازك CC على مواد من النظام الشمسي الخارجي ، بينما من المحتمل أن تحتوي النيازك NC على مواد من النظام الشمسي الداخلي. تحتوي بعض النيازك على بصمات نظيرية ، لكن هذا نادر جدًا.
النيزكان اللذان درسهما الفريق كلاهما من النوعين CC من النظام الشمسي الخارجي. عندما قاموا بتحليلها ، وجدوا أن الغضروف أظهر مجالات مغناطيسية أقوى من النيازك النيزكية التي قاموا بتحليلها سابقًا.
هذا مخالف لما يعتقده علماء الفلك يحدث في نظام شمسي فتي. مع تطور نظام جديد ، يتوقع العلماء أن المجالات المغناطيسية تتحلل مع بعد المسافة من الشمس. يمكن قياس القوة المغناطيسية بوحدات تسمى microteslas ، وأظهرت chondrules CC مجالًا يبلغ حوالي 100 ميكروتسلا ، بينما تُظهر غضروفات NC قوة تبلغ 50 ميكروتسلا فقط. للمقارنة ، يبلغ المجال المغناطيسي للأرض اليوم حوالي 50 ميكروتسلا.
يشير المجال المغناطيسي إلى كيفية تراكم المواد في النظام الشمسي. كلما زادت قوة المجال ، زادت المواد التي يمكنه جذبها. تظهر الحقول المغناطيسية القوية الظاهرة في غضروفات النيازك CC أن النظام الشمسي الخارجي كان يتراكم مواد أكثر من المنطقة الداخلية ، وهو ما يتضح من أحجام الكواكب. استنتج مؤلفو هذه الورقة أن هذا دليل على وجود فجوة كبيرة ، والتي منعت بطريقة ما المواد من التدفق إلى النظام الشمسي الداخلي.
يقول بورلينا: 'الفجوات شائعة في أنظمة الكواكب الأولية ، ونحن الآن نظهر أن لدينا واحدة في نظامنا الشمسي'. 'هذا يعطي إجابة على هذا الانقسام الغريب الذي نراه في النيازك ، ويقدم دليلاً على أن الفجوات تؤثر على تكوين الكواكب.'
يتحد كل ذلك في دليل قوي على وجود فجوة كبيرة غير مفسرة في النظام الشمسي المبكر.
صور ALMA عالية الدقة لأقراص الكواكب الأولية القريبة ، والتي هي نتيجة الهياكل الفرعية للقرص في مشروع الدقة الزاوية العالية (DSHARP). الائتمان: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) ، S. Andrews et al. ؛ NRAO / AUI / NSF، S. Dagnello
كوكب المشتري هو أضخم كوكب إلى حد بعيد ، لذا فهو مكان جيد للبدء في فهم كيفية حدوث كل هذا في نظامنا الشمسي. مع نمو كوكب المشتري ، ربما لعبت جاذبيته القوية دورًا. قد يكون قد نجح في إزالة الغاز والغبار بعيدًا عن النظام الشمسي الداخلي باتجاه الأطراف ، تاركًا فجوة بينه وبين المريخ في القرص المتطور.
تفسير آخر محتمل ينبع من القرص نفسه. تتشكل الأقراص المبكرة بواسطة مجالاتها المغناطيسية القوية. عندما تتفاعل هذه الحقول مع بعضها البعض يمكن أن تخلق رياحًا قوية يمكنها إزاحة المواد وخلق فجوة. يمكن أن تتحد جاذبية المشتري والحقول المغناطيسية في الكوكب الأولي لتكوين الفجوة.
لكن سبب الفجوة هو سؤال واحد فقط. السؤال الآخر هو ما الدور الذي لعبته؟ كيف ساعدت في تشكيل كل شيء منذ أن تشكلت قبل أكثر من أربعة مليارات سنة؟ وفقًا للورقة ، ربما تكون الفجوة نفسها قد عملت كحاجز غير سالك يمنع المواد من أي جانب من التفاعل. داخل الفجوة توجد الكواكب الأرضية وعلى السطح الخارجي للفجوة توجد عوالم غازية.
قال المؤلف الرئيسي كاوي بورلينا Cauê Borlina في خبر صحفى . 'لذلك ، يقدم هذا دليلًا على أن تكوين كواكبنا كان مقصورًا على مناطق محددة في النظام الشمسي المبكر.'
