قد يتعين تحديث نماذجنا التقليدية لتشكيل الكواكب ، وفقًا لزوج من الأوراق الجديدة.
التراكم هي الكلمة الأساسية في نظرية تكوين الكواكب الحالية. الفكرة هي أن الكواكب تشكلت من السديم الشمسي ، وهي المادة المتبقية بعد تشكل الشمس. لقد فعلوا ذلك من خلال التراكم ، حيث تتراكم الجزيئات الصغيرة إلى أجسام أكثر ضخامة. استمرت هذه الأجسام الضخمة ذات الحجم الصخري ، والتي تسمى الكواكب الصغيرة ، في الاندماج معًا في كيانات أكبر ، أحيانًا من خلال الاصطدامات. في النهاية ، من خلال عمليات الاندماج والتصادم المتكررة ، تم ملء النظام الشمسي الداخلي بأربعة كواكب صخرية.
لكن البحث الجديد يشير إلى أن التصادمات لعبت بشكل مختلف كثيرًا عما كان يعتقد ، وأن الأجسام اصطدمت مع بعضها البعض عدة مرات ، في سلسلة من الضربات والركض ، قبل الاندماج. يملأ هذا البحث بعض الثغرات المستعصية في فهمنا الحالي.
تم نشر الورقتين الجديدتين في مجلة The Planetary Science Journal. الأول ينظر إلى الضربات والركض في مراحل التكوين المتأخرة للأرض والزهرة. إنه بعنوان ' سلاسل الاصطدام بين الكواكب الأرضية. ثانيًا. عدم التماثل بين الأرض والزهرة. 'المؤلف الرئيسي هو ألكسندر إمسينهوبر ، الذي كان يعمل في مختبر القمر والكواكب بجامعة أريزونا في الوقت الذي تم فيه هذا العمل.
اعتمد الباحثون على محاكاة ثلاثية الأبعاد للتأثيرات العملاقة ، والتعلم الآلي بناءً على تلك التأثيرات. وجدوا أن سلاسل الكر والفر أو الاصطدام شائعة مثل أحداث التراكم في المراحل اللاحقة من تكوين الكواكب ، على الأقل بالنسبة لكوكب الزهرة والأرض. ووجدوا أيضًا أن الأرض كانت بمثابة طليعة لكوكب الزهرة ، حيث ساعدت في رعاية المصطدمين إلى كوكب الزهرة.
يقترح المؤلفون نموذج الكر والفر والعودة للكواكب الأرضية ، ولديهم أدلة تدعمه. يقولون إن أجسام ما قبل الكواكب كانت ستمضي وقتًا طويلاً في الاصطدام بكل منها ، والارتداد ، والعودة إلى بعضها البعض مرة أخرى. نظرًا لأن الاصطدام الأولي كان سيبطئهم ، فمن المرجح أن يلتصقوا ببعضهم البعض في الاصطدامات التالية. في حين أن نموذج التراكم غالبًا ما يُقارن برجل ثلج مع كل كرة ثلجية تلتصق به ، فإن هذا النموذج يشبه إلى حد كبير البلياردو. هناك اصطدامات متتالية ، مع كل اصطدام بسرعات منخفضة ، حتى تهدأ الأشياء.
الخلاصة المركزية من البحث هي أن التأثيرات العملاقة ليست أحداثًا فعالة لتكوين الكواكب.
'وجدنا أن معظم التأثيرات العملاقة ، حتى التأثيرات' البطيئة 'نسبيًا ، هي ضربات متقطعة. هذا يعني أنه لكي يندمج كوكبان ، عادة ما يتعين عليك أولاً إبطاءهما في حالة اصطدام الكر والفر. 'التفكير في التأثيرات العملاقة ، على سبيل المثال تشكل القمر ، كحدث فريد ربما يكون خطأ. على الأرجح أنه استغرق تصادمين على التوالي '.
تركز الورقة الأولى من الورقتين على كوكب الزهرة والأرض ، وغالبًا ما يطلق عليهما 'الكواكب الشقيقة'. لكن بالنسبة للكواكب الشقيقة ، هناك بعض الاختلافات المحيرة بين الاثنين عندما يتعلق الأمر بالتركيب والجيولوجيا وتكوين الأقمار الصناعية. يعتقد الباحثون أنهم يعرفون السبب.
'نعتقد أنه أثناء تكوين النظام الشمسي ، تصرفت الأرض في وقت مبكر مثل طليعة كوكب الزهرة.'
الكسندر امسينهوبر ، المؤلف الرئيسي.
كان النظام الشمسي المبكر وقتًا فوضويًا ، حيث اصطدمت الأشياء ببعضها البعض. يظهر النموذج الجديد أن الأرض والزهرة كانت لهما علاقة غير عادية. يقولون أن الأرض عملت كنوع من طليعة كوكب الزهرة. عندما اصطدمت الأجسام بالأرض وارتدت عنها ، تم إرسال العديد منها نحو كوكب الزهرة بسرعة أقل. بهذه الطريقة ، جمعت كوكب الزهرة المزيد من الأجسام من النظام الشمسي الخارجي.
قال أسفوغ: 'تعمل الأرض كدرع ، وتوفر المحطة الأولى ضد تأثير هذه الكواكب'. 'على الأرجح ، الكوكب الذي يرتد عن الأرض سيضرب كوكب الزهرة ويندمج معها.' جزء من السبب في ذلك هو أن النظام الشمسي يشبه بئر الجاذبية. كلما اقترب الجسم من الشمس ، زادت احتمالية بقائه هناك. نظرًا لأن كوكب الزهرة أقرب ، فقد تمسك المزيد من الأجسام به بعد اصطدامه بالأرض وارتداده. أوضح أسفوغ: '... إن المصادم الذي يصطدم بالزهرة سعيد جدًا بالبقاء في النظام الشمسي الداخلي ، لذلك في مرحلة ما سيصطدم بالزهرة مرة أخرى'.
الأرض والزهرة والمريخ وعطارد. وفقًا لنظرية 'تراكم المرحلة المتأخرة' ، فإن كوكب المريخ وعطارد (اليسار واليمين الأمامي) هما ما تبقى من مجموعة أجنة أصيلة من تصادم الأجنة ، ونما كوكب الزهرة والأرض في سلسلة من الاصطدامات العملاقة. يركز بحث جديد على غلبة الاصطدامات التي تحدث في الاصطدامات العملاقة ، ويظهر أن الأرض البدائية كانت بمثابة 'طليعة' ، مما يؤدي إلى إبطاء الأجسام بحجم الكوكب في حالات الاصطدام والركض. ولكن في كثير من الأحيان يكون البروتو فينوس هو الذي يراكمهم في النهاية ، مما يعني أنه كان من الأسهل على الزهرة الحصول على أجسام من النظام الشمسي الخارجي. حقوق الصورة: Lsmpascal - ويكيميديا كومنز
لكن الأرض ليس لديها طليعة. لا يوجد ما يبطئ تشابك الأجسام من النظام الشمسي الخارجي. نتيجة لذلك ، ارتدت العديد من الأشياء. ونظرًا لانجذاب الأجسام إلى مركز الجاذبية جيدًا ، فمن غير المحتمل أن تصادف الأرض مرة أخرى. بدلا من ذلك يواجهون كوكب الزهرة. يمكن أن يفسر هذا التناقض الاختلافات بين كوكب الزهرة والأرض. في لعبة الكر والفر ذات السرعة المنخفضة '... العداء هو بقايا يمكن التعرف عليها من القذيفة (على سبيل المثال نواة مجردة من الوشاح ، وأحيانًا بالكاد) ...' كتب المؤلفون.
قال Emsenhuber: 'الفكرة السائدة هي أنه لا يهم حقًا ما إذا كانت الكواكب تتصادم ولا تندمج على الفور ، لأنهم سيصطدمون ببعضهم البعض مرة أخرى في مرحلة ما ثم يندمجون بعد ذلك'. لكن ليس هذا ما نجده. نجد أنهم في نهاية المطاف يصبحون في كثير من الأحيان جزءًا من كوكب الزهرة ، بدلاً من العودة إلى الأرض. من الأسهل الانتقال من الأرض إلى كوكب الزهرة أكثر من العكس '.
في معظم حالات الكر والفر ، تنجو معظم المقذوفات من التأثير. لكن سرعته يمكن أن تنخفض بشكل كبير ، وتغير مسارها. إذا تباطأ العداء بدرجة كافية ، فيمكن أن يظل كلا الجسمين مرتبطين بجاذبية بعضهما البعض. في هذه الحالة ، يسميها الباحثون بالرعي والاندماج.
توصلت الورقة إلى أربعة استنتاجات ذات صلة.
- لم يتم عزل الكواكب الأرضية عن بعضها البعض خلال المراحل اللاحقة من تكوين الكواكب. من المحتمل أن يصطدم المتسابقون الهاربون من كوكب واحد بكوكب آخر.
- سلاسل الاصطدام الطويلة أقل احتمالًا لأن المقذوف يحتاج إلى مثل هذه السرعة الأولية العالية ، ويقل احتمال عودة العدائين بسرعة عالية.
- كانت الأرض بمثابة طليعة كوكب الزهرة ، مما أدى إلى إبطاء مقذوفات المرحلة المتأخرة وإرسالها نحو كوكب الزهرة. تراكمت على الأرض حوالي نصف المقذوفات ، على الأكثر ، التي اصطدمت بها.
- يتساوى احتمال اصطدام العدائين من الأرض بكوكب الزهرة بقدر احتمال عودتهم إلى الأرض. لكن كوكب الزهرة يحتفظ بأغلبية العدائين.
القمر
الورقة الثانية تتناول القمر وتكوينه. عنوانه هو ' سلاسل الاصطدام بين الكواكب الأرضية. ثالثا. تشكيل القمر '. تم نشره أيضًا في مجلة The Planetary Science Journal. المؤلف الرئيسي هو إريك أسفوغ من LPL في جامعة أريزونا.
تقول النظرية السائدة أن كوكب الأرض ضربه كوكب اسمه ثيا منذ حوالي 4.5 مليار سنة. الأرض لها نواة أكبر مما ينبغي بالنسبة لحجمها ، والتي جاءت من ثيا. دمر التأثير ثيا ، وتم إرسال جزء كبير من كتلته إلى مدار حول الأرض. في النهاية اندمجت في القمر.
لكن هناك بعض المشاكل التي لم يتم حلها في هذا السيناريو. يجب أن تكون سرعة الاصطدام منخفضة جدًا ، ويكون تركيب نظائر الأرض والقمر متطابقًا تقريبًا. لن يسمح تأثير واحد منخفض السرعة بخلط كل المواد بشكل كافٍ لتكون تركيبات النظائر متشابهة جدًا.
قال أسفوج: 'النموذج القياسي للقمر يتطلب تصادمًا بطيئًا جدًا ، نسبيًا' ، 'ويخلق قمرًا يتكون في الغالب من الكوكب المؤثر ، وليس الأرض الأولية ، وهي مشكلة رئيسية لأن القمر يعاني كيمياء نظيرية متطابقة تقريبًا مع الأرض. '
كتب المؤلفون في ورقتهم البحثية: 'تصادم' الرعي والدمج 'يقطع جزءًا من عباءة ثيا إلى المدار ، بينما تكتسب الأرض معظم ثيا وزخمها. 'ومع ذلك ، فإن القمر الذي يُشتق في الغالب من وشاح ثيا ، كما يملي الزخم الزاوي ، يواجه تحديًا من حقيقة أن O و Ti و Cr و W المشعة وعناصر أخرى لا يمكن تمييزها في صخور الأرض والقمر.'
يُعتقد أن القمر هو نتيجة تأثير عملاق. وفقًا لنظرية جديدة ، كان هناك اصطدامان عملاقان متتاليان ، مفصولة بحوالي مليون سنة ، تتضمن 'ثيا' بحجم المريخ والأرض البدائية. في هذه الصورة ، تمت محاكاة اصطدام الكر والفر بشكل ثلاثي الأبعاد ، يظهر بعد حوالي ساعة من الاصطدام. يُظهر المنظر المقطوع النوى الحديدية. ثيا (أو معظمها) بالكاد تفلت ، لذلك من المحتمل حدوث تصادم لاحق. حقوق الصورة: A. Emsenhuber / University of Bern / University of Munich.
في نموذج الفريق الجديد ، ليس هناك تصادم واحد ، بل تصادمان. عندما تصطدم ثيا بالأرض ، فإنها تتحرك بشكل أسرع قليلاً وترتد عن الأرض في لعبة الكر والفر. بعد حوالي مليون سنة عاد. يصطدم مع الأرض مرة أخرى ، في تأثير عملاق مشابه للنموذج الحالي.
قال أسفوج: 'يخلط التأثير المزدوج الأشياء أكثر بكثير من مجرد حدث واحد ، وهو ما يمكن أن يفسر التشابه النظيري بين الأرض والقمر ، وكذلك كيف كان الاصطدام الثاني البطيء المندمج سيحدث في المقام الأول.'
يوضح هذا الرقم من الدراسة سيناريو الكر والفر والعودة لتشكيل القمر. على اليسار هو أول تأثير الكر والفر. في نهاية المطاف ، تلتقي الأرض و Theis ببعضهما البعض مرة أخرى ، في حوالي مليون عام ، وتندمج في قرص واحد. تتكون الأرض والقمر من هذا القرص المتجانس. يشرح هذا النموذج التركيب النظيري شبه المتطابق للأرض والقمر. حقوق الصورة: Asphaug et al 2021.
هذا النموذج الجديد من تأثيرات الكر والفر وسلاسل الاصطدامات لديه القدرة على شرح بعض الأشياء المحيرة حول الكواكب الأرضية. إذا كان نموذج التراكم القياسي صحيحًا ، فلماذا تختلف الكواكب الداخلية كثيرًا؟ لماذا لا تملك كوكب الزهرة قمرًا خاصًا به؟ لماذا الأرض لديها درع مغناطيسي قوي والزهرة مثل هذا ضعيف؟
يقول أسفوغ إن أبحاثهم تساعد في تفسير كيفية نشوء هذه الاختلافات.
وقال: 'من وجهة نظرنا ، كانت الأرض قد تراكمت معظم موادها من الاصطدامات التي كانت وجهاً لوجه ، أو كانت أبطأ من تلك التي عانى منها كوكب الزهرة'. 'الاصطدامات في الأرض التي كانت أكثر ميلًا وسرعة أعلى كانت ستنتهي بشكل تفضيلي على كوكب الزهرة.'
يشير الفطرة السليمة إلى أن الأرض سيكون لديها المزيد من المواد من النظام الشمسي الخارجي لأنها أقرب إليها من كوكب الزهرة. لكن هذا البحث يشير إلى عكس ذلك. من المحتمل أن تنتقل المقذوفات من النظام الشمسي الخارجي بشكل أسرع ، لذلك سترتد عن الأرض في لعبة الكر والفر. العديد من هذه المقذوفات وجدت طريقها إلى كوكب الزهرة وأصبحت جزءًا من هذا الكوكب. لذلك يمكن إرجاع اختلافات الزهرة إلى مكونها الأكبر من مواد النظام الشمسي الخارجي.
'قد تعتقد أن الأرض تتكون من مواد أكثر من النظام الخارجي لأنها أقرب إلى النظام الشمسي الخارجي من كوكب الزهرة. ولكن في الواقع ، مع وجود الأرض في هذا الدور الطليعي ، فإنه في الواقع يجعل من المرجح أكثر للزهرة أن تتجمع مواد النظام الشمسي الخارجي ، 'قال أسفوغ.
يمكن أن يفسر هذا البحث أيضًا سبب عدم وجود قمر في كوكب الزهرة ، على الرغم من أن هذه الفرضية تزيد من احتمالية حصول الكوكب على قمر. كتب المؤلفون: 'على الرغم من أن احتمال حصول كوكب الزهرة على قمر صناعي ضخم أكثر من الأرض من خلال فرضيتنا ، فمن المحتمل أيضًا أن يكون قد فقد قمرًا صناعيًا'. 'لنفس السبب الذي يجعل كوكب الزهرة يعيد تكوين جزء أكبر من عدائيه ، مقارنة بالأرض ، فإنه يعيد أيضًا تكوين جزء أكبر من حطام اصطدامه العملاق ، والذي ينتج منه المزيد لمقذوفة معينة.' نظرًا لأن مدار كوكب الزهرة أصغر من مدار الأرض ، فسوف يصطدم الحطام به قريبًا. كل هذا الحطام العائد يمكن أن يؤدي إلى تآكل أو حتى تدمير أي قمر صناعي طبيعي قد يكون كوكب الزهرة قد حصل عليه.
بشكل عام ، يشير هذا البحث إلى وجود قدر أكبر من الترابط بين الكواكب الأرضية. يمكن أن يساعد فهم جيولوجيا القمر وطبقاته وتصلبه بشكل أكبر في تأكيد النموذج الجديد. لذلك يمكن أن تظهر عينات من كوكب الزهرة.
لكن هذا بعيد المنال في المستقبل.
