چگونه در میان این همه سرمای بی‌جان، سیاره ما گرم، قابل سکونت و پشتیبان حیات شد؟ پاسخ این پرسش‌ها پیچیده و چندوجهی است، اما بخشی از آن در رشته‌ای به نام «کیهان‌شیمی» نهفته است؛ حوزه‌ای میان‌رشته‌ای که به بررسی چگونگی توزیع عناصر شیمیایی در فضا می‌پردازد.
منظومه شمسی مکانی پرجنب‌وجوش است که همه‌چیز در آن در حرکت است. حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش، این جنب‌وجوش به اوج خود رسیده بود؛ سیاره‌ها هنوز در حال شکل‌گیری بودند و اجرام کوچک‌تر، موسوم به سیاره‌واره‌ها و جنین‌های سیاره‌ای، مدام به هم برخورد می‌کردند. در میان این هرج‌ومرج، زمین سهم بیشتری از کندریت‌های کربن‌دار و ترکیبات حیاتی مانند آمینواسیدها را دریافت کرد.
مطالعات کیهان‌شیمی نشان داده‌اند که بین ۵ تا ۱۰ درصد از جرم زمین از برخورد این کندریت‌های کربن‌دار به سیاره‌ی جوان به‌دست آمده است. شواهد حاکی از آن است که بخش بزرگی از این مواد از برخورد سیاره‌ای به نام «تئیا» آمده؛ همان جرمی که ماه را شکل داد. برای آزمودن این فرضیه، سه پژوهشگر شبیه‌سازی‌های پویای تشکیل منظومه شمسی را انجام دادند تا ببینند آیا این سناریو قابل تکرار است یا نه.
این پژوهش با عنوان «خاستگاه دینامیکی تئیا، آخرین برخورد بزرگ با زمین» منتشر خواهد شد. نویسنده اصلی آن، «دوراته برانکو» از رصدخانه نجومی لیسبون در پرتغال است و مقاله در مجله Icarus به چاپ خواهد رسید.
یکی از تمایزات اساسی در کیهان‌شیمی، تفاوت میان کندریت‌های کربن‌دار (CC) و شهاب‌سنگ‌های بدون کربن (NC) است. این دسته‌بندی نشان می‌دهد که دو مخزن مادی جداگانه در منظومه شمسی وجود دارد. کندریت‌های کربن‌دار احتمالاً در نواحی دورتر از خورشید، حتی فراتر از مشتری، شکل گرفته‌اند و مواد فرّاری مانند آب و ترکیبات آلی بیشتری را در خود دارند. در مقابل، شهاب‌سنگ‌های غیرکربن‌دار – مانند شهاب‌سنگ‌های آهنی – مقدار کمتری از این مواد فرّار را دارا هستند.
برای بررسی اینکه آیا تئیا واقعاً حامل مواد کربن‌دار بوده، پژوهشگران شبیه‌سازی‌هایی دقیق انجام دادند. این شبیه‌سازی‌ها مراحل پایانی رشد سیارات سنگی را پس از پراکندگی دیسک گازی منظومه شمسی دربر می‌گرفت. در این مدل‌ها، مواد جامد به دو بخش تقسیم شدند: سیاره‌واره‌ها و جنین‌های سیاره‌ای. سیاره‌واره‌ها کوچک‌تر بودند و جنین‌ها فرصت بیشتری برای برخورد و انتقال مواد به سیارات سنگی داشتند.
سه نوع شبیه‌سازی انجام شد:
- نوع اول فقط شامل اجرام کوچک کربن‌دار (سیاره‌واره‌ها) بود
- نوع دوم تنها شامل جنین‌های بزرگ کربن‌دار
- نوع سوم ترکیبی از هر دو، به نام «سناریوی مختلط»
در ۱۰ شبیه‌سازی از هر دسته، اثر ناپایداری مداری سیارات غول‌پیکر هم گنجانده شد. این پدیده، که به «مدل نیس» معروف است، به جابه‌جایی مداری سیارات بزرگ از جایگاه اولیه‌شان اشاره دارد.
هدف این پژوهش، بررسی توزیع مواد کربن‌دار و غیرکربن‌دار در منظومه شمسی و درک این بود که چرا زمین – برخلاف مریخ – میزان بیشتری از مواد کربن‌دار دریافت کرده است. همچنین تلاش شد روشن شود آیا برخورد تئیا می‌توانسته مسئول این مقدار زیاد از مواد کربن‌دار باشد یا نه.
اعتبار تصویر: Branco و همکاران، ۲۰۲۵، Icarus
نتیجه‌ای مهم آن بود که ناپایداری مداری سیارات غول‌پیکر، به‌ویژه جابه‌جایی مشتری، نقش مهمی در ورود مواد کربن‌دار به زمین ایفا کرده است. این ناپایداری باعث ایجاد امواجی از بی‌نظمی مداری، برخوردها و پرتاب‌شدگی اجرام شد، هرچند وضعیت نهایی منظومه شمسی تفاوت زیادی نکرد.
اعتبار تصویر: Branco و همکاران، ۲۰۲۵، Icarus
یکی از بخش‌های کلیدی شبیه‌سازی به تئیا مربوط می‌شود. پژوهش‌های قبلی نشان می‌دهد تئیا ممکن است جرمی کربن‌دار بوده باشد. اگر این فرض درست باشد، بخش عمده‌ای از ویژگی‌های قابل‌زیست زمین ناشی از همان برخورد است.
در سناریوی مختلط بدون ناپایداری سیارات بزرگ، در بیش از نیمی از شبیه‌سازی‌ها، آخرین برخورد زمین با جرمی بود که بخشی از آن کربن‌دار بود. در ۳۸.۵٪ موارد، تئیا کاملاً کربن‌دار بوده و در ۱۳.۵٪ دیگر، تئیا ابتدا یک جرم غیرکربن‌دار بوده که بعدها یک جنین کربن‌دار را جذب کرده است.
در مجموع، شبیه‌سازی‌ها منظومه شمسی اولیه را به‌صورت دو حلقه مجزا از سیاره‌واره‌ها ترسیم می‌کنند: یک حلقه داخلی از اجرام سنگی و حلقه‌ای خارجی از کندریت‌های کربن‌دار. با مهاجرت سیارات یخی به درون، مواد کربن‌دار به سمت نواحی درونی‌تر پراکنده شدند. برخی در کمربند سیارکی به دام افتادند و برخی دیگر، به‌ویژه اجرام بزرگ‌تر، وارد مسیر برخورد با سیارات سنگی – به‌ویژه زمین – شدند.
این سناریو نه‌تنها جرم و مدار سیارات سنگی و ساختار کمربند سیارکی را توضیح می‌دهد، بلکه به تفاوت میزان مواد کربن‌دار در زمین و مریخ نیز پاسخ می‌دهد. اگر مدل فقط-کوچک درست بود (یعنی فقط سیاره‌واره‌های کربن‌دار)، نسبت جرم مواد کربن‌دار در مریخ و زمین تقریباً برابر می‌بود، اما این‌طور نیست.
پژوهشگران می‌خواستند نشان دهند که تئیا، آخرین برخوردگر بزرگ زمین، می‌توانسته منبع اصلی مواد کربن‌دار آن باشد، و به‌نظر می‌رسد موفق شده‌اند. در شبیه‌سازی‌ها، برخورد نهایی زمین با تئیاست؛ جرمی که غنی از مواد کربن‌دار بوده و باعث شد زمین زیست‌پذیر شود. این نتیجه با مطالعات دیگر هم‌خوانی دارد و نشان می‌دهد این برخورد بین ۵ تا ۱۵۰ میلیون سال پس از پراکندگی گازها رخ داده که بیشترین فراوانی آن در بازه ۲۰ تا ۷۰ میلیون سال بوده است.
اعتبار تصویر: Branco و همکاران، ۲۰۲۵، Icarus
این پژوهش همچنین نقش مهم مشتری را در شکل‌دهی منظومه شمسی تأیید می‌کند. مشتری نه‌تنها کمربند سیارکی را کوتاه کرده، بلکه با پراکندن مواد کربن‌دار از نواحی بیرونی به سمت سیارات سنگی، به‌ویژه زمین، به شکل‌گیری شرایط لازم برای حیات کمک کرده است.
در نهایت، برای اینکه زمین به سیاره‌ای حیات‌پذیر تبدیل شود، میلیون‌ها عامل باید دقیقاً در جای درست خود قرار می‌گرفتند. هنوز نمی‌دانیم در جهان هستی چند سیاره مانند زمین وجود دارد. شاید تنها قرار داشتن در «منطقه قابل‌سکونت» برای شکل‌گیری حیات کافی نباشد. شاید مهاجرت سیارات بزرگ و رساندن کربن به سیارات سنگی هم از عوامل تعیین‌کننده باشند.
