چگونه مریخ و مشتری از سقوط صخره های فضایی شکل گرفتند

دانشمندان می گویند که برخوردهای شدید صخره های فضایی که باعث تولد مریخ شد، به طور شگفت انگیزی با آنچه تصور می شد هسته صخره ای مشتری را تشکیل می دهد، متفاوت است.

این تفاوت ناشی از تغییرات در دیسک گرد و غبار، یخ و سایر ذرات است که در سال های اولیه منظومه شمسی به دور خورشید می چرخیدند.

محققان گفتند که یک ‘شیبی’ در اندازه سیاره های کوچک وجود دارد – مرحله اولیه شکل گیری سیاره – که به دور خورشید جوان می چرخد. آنها افزودند، سیاراتی که دورتر از خورشید هستند، بیشتر از سیاره های نزدیکتر بزرگتر می شوند.

هیروشی کوبایاشی، محقق دانشگاه ناگویا در ژاپن، با اشاره به منطقه ای در منظومه شمسی که ۴.۵ میلیارد سال پیش در آن به اندازه کافی سرد بود که ترکیبات یخی متراکم شوند، گفت: این تفاوت را می توان با خط برف توضیح داد.

کوبایاشی افزود: ‘اگر سیارات زمینی را در نظر بگیریم، این نزدیک به خورشید است، این بدان معناست که دما بسیار بالا بوده و جزء اصلی جامد سنگ یا چیزی شبیه به آن بوده است.’ اما اگر دیسک بیرونی را در نظر بگیریم – در این مورد، جزء اصلی یخ است – احتمالاً سیارات کوچک یخی [که مشتری را تشکیل داده‌اند] بوده است.

بزرگ شدن از طریق تصادف با هم

منظومه شمسی طبق نظریات امروزی حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش به وجود آمد. خورشید در مرکز یک دیسک چرخان از زباله تشکیل شد. با خروج ذرات و گرما از خورشید جوان، بیشتر یخ و گاز درون منظومه شمسی متلاشی شد و اجسام سنگی کوچکی را پشت سر گذاشت.

کوبایاشی و نویسنده همکارش نیکلاس دافاس، محقق آزمایشگاه Origins در دانشگاه شیکاگو، شبیه‌سازی‌های کامپیوتری انجام دادند تا ببینند مریخ چگونه در این شرایط شکل گرفته است.

مریخ تقریباً ۱.۵ واحد نجومی (Aus) یا فواصل زمین و خورشید از خورشید امروزی می چرخد. این مدل سیاره‌های کوچکی را که مریخ را تشکیل می‌دادند به چهار حلقه یا حلقه تقسیم کرد که ۱.۵، ۱.۸، ۲.۲ و ۲.۷ واحد نجومی از خورشید فاصله داشتند و برای ساده‌تر کردن محاسبه، میلیون‌ها جرم را به‌عنوان «دسته‌های جرمی» بزرگ‌تر در نظر گرفت.

سپس، محققان تکامل مریخ را با تماشای چگونگی برخورد سیاره‌های کوچک به یکدیگر در طول سال‌ها دنبال کردند. این برخوردها بسته به چند عامل متفاوت بود: میزان گازی که مریخ را احاطه کرده است، متغیر بودن مدار اجسام و تمایل اجسام به بقیه صفحه نسبتاً مسطح منظومه شمسی.

طبق مدل، این روند تا حدودی آشفته است. محققان خاطرنشان کردند که سیاره‌های کوچک‌تر می‌توانند به راحتی بخش قابل توجهی از جرم خود را هنگام برخورد با یکدیگر از دست بدهند، بنابراین پس از برخورد اجسام کوچک‌تری ایجاد می‌کنند.

برخی از این قطعات به بدنه بزرگتر می چسبند، در حالی که برخی دیگر بسته به نحوه تعامل آنها با گاز در منطقه دور می شوند.

این بدان معناست که بر خلاف مریخ، که دارای هسته ای به اندازه یک دهم زمین است، زمان بندی برای ایجاد هسته عظیم مشتری – که تقریباً ۱۰ برابر اندازه زمین است – بسیار طولانی خواهد بود، به ویژه زمانی که برخوردهای کوچک سیاره ای در نظر گرفته شود. کوبایاشی گفت.

او افزود: ‘برای سیاره های بزرگ، برافزایش قطعات اهمیت کمتری دارد.’ مقیاس زمانی رشد برای تولید هسته مشتری در طول عمر گاز بسیار طولانی است.

ده‌ها جنین به اندازه مریخ

دانشمندان به این نتیجه رسیدند که سیاره‌های کوچکی که مریخ را تشکیل داده‌اند، احتمالاً در مجموع در حلقه‌های یک صدم جرم خورشید تشکیل شده‌اند. هر یک از سیارات کوچک شعاع کمتر از ۶.۲۱ مایل (۱۰ کیلومتر) داشتند.

فرآیند درهم شکستن و رشد به احتمال زیاد ‘ده ها جنین به اندازه مریخ’ را تولید کرد که بین ۰.۴ تا ۱.۵ واحد نجومی از خورشید ازدحام کردند.

کوبایاشی گفت خود مریخ که به دور ۱ واحد نجومی از خورشید می چرخید، احتمالاً تا فاصله ۱.۵ واحد نجومی ‘پراکنده’ شده است، احتمالاً به این دلیل که گرانش مشتری مدار مریخ را تغییر داده است. بر اساس برخی نظریه ها، سیاره پس از تشکیل غول ها به دلیل تشدید با زحل، مدار خود را تغییر داد.

کوبایاشی هشدار داد، با این حال، نظریه حرکت مشتری هنوز بسیار جدید است و نیاز به مطالعه بیشتر دارد.

سیاره‌های کوچک باقیمانده مدارهای بسیار غیرعادی داشتند، بنابراین آنها می‌توانستند به قطعات دیگر منظومه شمسی برخورد کنند. مدل کوبایاشی گفت به احتمال زیاد اینها در طول زمان از بین رفته اند.