یک پژوهش جدید نشان میدهد که ترکیب اسرارآمیز عطارد ممکن است نتیجهی یک برخورد سطحی و «فرارگونه» میان دو پروتوسیارهی هماندازه در اوایل شکلگیری منظومه شمسی باشد.
عطارد، کوچکترین و نزدیکترین سیاره به خورشید، ویژگیهای عجیبی دارد که مدتها دانشمندان را سردرگم کرده است. با وجود اینکه اندازهاش فقط اندکی بزرگتر از ماه زمین است، چگالی بسیار بالایی دارد. هستهای بزرگ و غنی از آهن دارد که حدود ۶۰٪ جرم آن را تشکیل میدهد — دو برابر بیشتر از سیارات سنگی دیگر مثل زمین، زهره یا مریخ — و این موضوع نظریههای رایج دربارهی شکلگیری سیارات را به چالش میکشد.
بر پیچیدگی موضوع، دادههای مأموریت MESSENGER ناسا که بین سالهای 1390تا 1398 در مدار عطارد قرار داشت، نشان داد سطح عطارد بهطرز شگفتآوری غنی از عناصر فرار (مثل پتاسیم، گوگرد و سدیم) است؛ عناصری که در صورت وقوع یک برخورد عظیم و نادر در گذشته، باید از بین میرفتند؛ فرضیهای که برخی پژوهشگران پیشتر مطرح کرده بودند.
یکی از توضیحات احتمالی این است که عطارد جوان با یک پروتوسیارهی بسیار بزرگتر برخورد کرده باشد. اما شبیهسازیهایی که روند شکلگیری سیارات سنگی را بررسی میکنند، نشان میدهند که برخورد میان اجرامی با اندازه و جرم بسیار متفاوت، بسیار نادر است. همین مسئله باعث شد دانشمندان به دنبال توضیحهای دیگری باشند که نشان دهند عطارد چگونه بخش زیادی از لایههای بیرونی خود را از دست داده، در حالی که عناصر فرار را حفظ کرده است.
شبیهسازیهای جدید حاکی از آناند که ترکیب غیرعادی عطارد ممکن است نتیجهی رویدادی کیهانی رایجتر باشد: برخوردی سطحی با یک پروتوسیارهی هماندازه.
پاتریک فرانکو، نویسنده اصلی این پژوهش و پژوهشگر فوقدکترا در مؤسسه فیزیک سیارهای پاریس، به Live Science گفت: «چنین برخوردی که شاید در نگاه اول یک اتفاق “خوششانس” به نظر برسد، در واقع اصلاً غیرمعمول نبوده — و احتمالاً همین اتفاق عطارد را به وجود آورده است.»
او افزود: «کار ما این ایده را تقویت میکند که برخوردهای عظیم فقط بخشی از فرآیند شکلگیری سیارات نیستند — بلکه ممکن است محرک اصلی شکلگیری نهایی ساختار سیارات در منظومه شمسی باشند.» این یافتهها همچنین این پرسش را مطرح میکنند که آیا سیارات دیگر هم ممکن است از طریق برخوردهای مشابه شکل گرفته باشند یا نه.
پژوهشگران یافتههای خود را در تاریخ 14 اسفند، در قالب مقالهای در سرور پیشچاپ arXiv منتشر کردند که هنوز داوری علمی رسمی نشده است.
زمان برخورد بسیار حیاتی است
شبیهسازیهای جدید فرانکو و همکارانش موفق شدند ساختار درونی و ترکیب شیمیایی کنونی عطارد را از طریق برخورد میان پروتوسیارههایی با اندازه مشابه بازسازی کنند. نکته قابلتوجه این بود که زاویه برخورد تعیین میکرد چه مقدار جرم از پروتوعطارد از بین میرود. برخی زاویههای برخورد سطحی منجر به از دست رفتن دقیقاً همان مقدار جرمی میشد که با ترکیب کنونی عطارد مطابقت دارد.
فرانکو گفت: «آنچه در نهایت ما را شگفتزده کرد، این بود که چنین برخوردی چقدر مؤثر است در توضیح ساختار غیرعادی عطارد، بدون اینکه نیاز باشد چندین برخورد یا شرایط بسیار نادری را در نظر بگیریم.»
پژوهشگران دریافتند که این برخورد باید نسبتاً دیرهنگام، یعنی چند ده میلیون سال پس از شکلگیری منظومه شمسی، اتفاق افتاده باشد — زمانی که سیارات جوان قبلاً هسته و گوشتههای متمایز تشکیل داده بودند.
فرانکو افزود: «برخورد عطارد با یک پروتوسیارهی مشابه در این زمان میتواند لایهی سنگی بیرونی را تا حد زیادی جدا کند، بدون آنکه همه چیز ذوب یا با هم مخلوط شود.»
به گفته او، اگر این برخورد زودتر اتفاق میافتاد، یعنی وقتی که هنوز بقایای زیادی در قرص پیشسیارهای وجود داشت، ممکن بود برخوردهای بیشتری رخ دهد و در نهایت عطارد در جسم بزرگتری ادغام شود. او گفت: «زمانبندی برخورد بسیار حیاتی است.»
شبیهسازیها همچنین نشان دادند که منطقهی خاصی که این برخورد در آن رخ داده نیز نقش کلیدی داشته است. منطقه بین مدار زهره و زمین در اوایل منظومه شمسی ناحیهای شلوغ و پرتلاطم بوده که برخورد اجرام سنگی در آن شایع بوده است.
مطالعه نشان داد که یک برخورد «بزن و در رو» میان پروتوسیارههای هماندازه، مانند آنچه در این پژوهش پیشنهاد شده، احتمالاً بیشتر در این منطقهی داخلی پرتراکم رخ میداده تا در مدار فعلی عطارد.
فرانکو گفت: «این موضوع نشان میدهد که عطارد احتمالاً کمی دورتر از موقعیت فعلیاش شکل گرفته و سپس به سمت درون منظومه شمسی حرکت کرده است، بدون اینکه در جسمی که با آن برخورد کرده ادغام شود.»
با این حال، مأموریت BepiColombo — مأموریتی مشترک بین آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس فضایی ژاپن (JAXA) — هماکنون در مسیر عطارد است و انتظار میرود در آبان 1405 به آن برسد. دانشمندان میگویند دادههای این مأموریت میتوانند بهزودی نظریههای فعلی را به چالش بکشند و بحثهای تازهای دربارهی منشأ و تحول بلندمدت عطارد به راه بیندازند.
فرانکو گفت: «بحث دربارهی منشأ عطارد هنوز به هیچ وجه تمام نشده است.»