سیاره عطارد – نزدیک‎ترین سیاره به خورشید – یکی از نمونه‌های نادر در طبیعت است. روزهای عطارد بلندتر از سال‌هایش هستند و نیمه رو به خورشید آن همیشه داغ و نیمه دیگرش همیشه یخ‌زده است. در بین تمام سیارات منظومه شمسی، این سیاره کمتر از همه شناخته‌شده است. عطارد یک سیاره خاکی مثل زمین، ونوس و مریخ است اما نسبت آهن به سنگ آن نسبت به سایر سیارات بسیار بیشتر است.

برای چند دهه، تصور غالب این بود که نسبت آهن به سنگ بالاس سیاره عطارد ناشی از برخورد عظیمی است که این سیاره در گذشته تجربه کرده و این برخورد منجر به شکل‌گیری گوشته سنگی آن شده است. اما یک مطالعه جدید در مرکزی فیزیک و نجومی و کیهان‌شناسی نظری (CTAC) دانشگاه زوریخ نشان می‌دهد ماهیت منحصربه‌فرد عطارد ناشی‌ از برخوردهای متعدد با اجرام بزرگ بوده است.

آلیش چاو – رهبر گروه تحقیقاتی – و همکارانش برای این تحقیق، چند دلیل مختلف را برای تراکم بالا و نسبت آهن به سنگ بالای سیاره عطارد در نظر گرفتند. آنها تمام سناریوهای ممکن را در نظر گرفتند تا بتوانند محتمل‌ترین گزینه ممکن را پیدا کنند.

ساختار داخلی سیاره عطارد
ساختار داخلی سیاره عطارد

سیاره عطارد سال‌هاست مثل یک راز برای ستاره‌شناسان باقی مانده چون فلزات سنگین بیشتری نسبت به همسایگانش دارد. عطارد هم مثل زمین، ونوس و مریخ یک سیاره خاکی است و از مواد معدنی سیلیکات و فلزاتی تشکیل شده که در نهایت تبدیل به هسته آهنی و گوشته و پوسته سیلیکاتی شده است. اما برخلاف سایر سیارات سنگی منظومه شمسی، آهن درصد زیاد و قابل‌توجهی از این سیاره را تشکیل می‌دهد.

در ساختنی بخوانید :
شکستن قولنج انگشت ها ، آتش بازی در مفاصل

هسته سیاره عطارد نه تنها نسبت به سایر سیارات منظومه شمسی درصد آهن بیشتری دارد اما براساس سایز و تراکم بالای آن، زمین‌شناسان پیش‌بینی می‌کنند هسته عطارد ۴۷ درصد از حجم آن را اشغال کرده است (این مقدار را با هسته ۱۷ درصدی زمین مقایسه کنید). علت حجم بالای هسته عطارد ناشناخته باقی مانده اما در طول سال‌ها نظریه‌های مختلفی در این زمینه ارائه شده است. دکتر چاو این نظریه‌ها را به دو دسته کلی تقسیم می‌کند:

«فرقی نمی‌کند سیاره عطارد هسته آهنی بزرگش را از ابتدای شکل‌گیری یا از دیسک/سحابی خورشیدی نزدیک به خورشیدی کسب کرده باشد؛ باید یک مکانیزم قوی‌تر و کارآمدتر برای جدا کردن فلزات سنگین از سنگ‌ها و به داخل کشیدن فلزات و بیرون راندن سنگ‌ها وجود داشته باشد (به علت دمای میعان یا خواص رسانایی مختلف یا تعادل بین نیروی کشش و گرانش). ممکن است عطارد در مکانی شکل گرفته باشد که مقدار فلزات آن بیشتر از سایر نقاط دیسک بوده باشد یا هسته آن در ابتدای شکل‌گیری شبیه به هسته سایر سیارات خاکی بوده اما در مراحل بعدی شکل‌گیری برخی از قسمت‌های گوشته را از دست داده است. این اتفاق ممکن است در اثر یک برخورد بزرگ یا تبخیر به خاطر بادهای خورشیدی رخ داده باشد.»

احتمال دوم که در آن عطارد قسمتی از گوشته را در اثر برخورد یا تبخیر از دست داده، رواج بیشتری در جوامع علمی دارد. چاو و همکارانش براساس همین ایده، پارامترهای برخورد استاندارد (شتاب، نسبت جرم و …) را مطالعه کردند تا بفهمند ترکیب جرم برخوردکننده و فرایند سرد شدن عطارد بعد از برخورد تاثیری در آن داشته یا خیر.

در ساختنی بخوانید :
نسل جدید دیودهای نوری فقط چند اتم ضخامت دارند
تصویرسازی فضاپیمای مسنجر بر فراز سیاره عطارد
تصویرسازی فضاپیمای مسنجر بر فراز سیاره عطارد

هدف گروه تحقیقاتی این بود که متوجه بشوند ترکیب سیاره عطارد ناشی از یک برخورد بزرگ یا چند برخورد در زمان‌های مختلف بوده است. اگرچه هر دو احتمال بسیار نادر هستند و به شرایط منحصربه‌فردی نیاز دارد، چاو و همکارانش به این نتیجه رسیدند که هر دو سناریو می‌توانند علت طبیعت متفاوت عطارد باشند. دکتر چاو نتیجه‌گیری گروه تحقیقاتی را در قالب پنج نکته مطرح کرده است:

  1. یک برخورد بزرگ نیاز به پارامترهای بسیار دقیق و شدت تنظیم شده دارد تا بتواند جرم عطارد و نسبت جرم آهن را بازتولید کند. در سناریوی برخورد بزرگ، تعداد احتمالات مربوط به پارامتر بی‌نهایت است.
  2. ترکیب جرم برخوردکننده روی جرم نهایی و توزیع آهن بعد از برخورد تاثیر می‌گذارد.
  3. وضعیت پیش از برخورد سیاره عطارد روی جرم نهایی تاثیر می‌گذارد.
  4. سناریوی برخوردهای متعدد و چندگانه نیاز به پارامترهای دقیق را از بین می‌برد اما به زمانبندی ترکیب فرار-غنی سطح عطارد محدود می‌شود.
  5. شکل‌گیری سیاره عطارد با برخوردهای بزرگ امکان‌پذیر اما بسیار دشوار است.

به طور خلاصه، نتایج مطالعه نشان می‌دهد هر دو سناریو درباره نسبت آهن به سنگ بالای عطارد ممکن است اما شانس به وقوع پیوستن آنها بسیار پایین است. این نکته که تعداد سیارات فراخورشیدی مشابه عطارد بسیار محدود است، یافته‌های گروه تحقیقاتی را تایید می‌کند. به این ترتیب، هر چیزی که منجر به شکل‌گیری وضعیت فعلی عطارد شده باشد، پدیده‌ای بسیار نادر در فرایند تکامل ستاره‌هاست.

«مطالعه ما تنها موردی نیست که برخوردهای عظیم را به عنوان محرک هسته آهنی و بزرگ سیاره عطارد معرفی می‌کند اما ثابت می‌کند عملی شدن چنین برخوردهایی به شرایط خاص نیاز دارد. به نظر می‌رسد شکل گرفتن عطارد بسیار دشوار است. به عبارت دیگر، این یافته کاملا قطعی است چون سیارات فراخورشیدی که ترکیب مشابه عطارد دارند، بسیار محدود هستند. البته اگرچه این پدیده بسیار نادر است اما یک برخورد بزرگ هم برای آن کافی است.»

تصویرسازی برخورد بزرگی که منجر به شکل گیری ماه شد
تصویرسازی برخورد بزرگی که منجر به شکل گیری ماه شد

دکتر چاو تاکید می‌کند برخوردهای بزرگ به خودی خود نادر نیستند. فقط در منظومه شمسی، برخوردهای بزرگ منجر به شکل‌گیری سیستم ماه-زمین، چرخش برگشتی ونوس و شیب محوری شدید اورانوس شده‌اند.

در ساختنی بخوانید :
اگر انسان نبود وضعیت طبیعت و حیات وحش چگونه بود؟

در آخرین مراحل شکل‌گیری یک سیاره، تعداد مشخصی از اجرام آسمانی بزرگ شکل می‌گیرند و می‌توانند خیلی محکم با هم برخورد کنند. در این صورت، برخوردهای بزرگ بسیار رایج خواهند بود و هر سیاره‌ای می‌تواند چندتا از این برخوردها را تجربه کند. این برخورد بزرگ – بسته به نوع و شدت – می‌تواند ویژگی‌های سیاره را کم یا زیاد تغییر بدهد. بنابراین در اینجا شرایط اولیه مورد نیاز برای جدا کردن بخش قابل توجهی از گوشته سیاره عطارد چیزی است که نادر محسوب می‌شود.»

با در نظر گرفتن این یافته‌ها مشخص می‌شود برخوردهای بزرگ جداکننده گوشته، رویدادهای مهمی هستند که به خوبی بی‌نظمی سیستم‌های سیاره‌ای را نشان می‌دهند. این برخوردها نه تنها تاثیر مهمی روی ویژگی‌های سیارات می‌گذارند بلکه طبق بررسی‌های فراخورشید، چنین نمونه‌هایی بسیار نادر نیز هستند.

شاید منظومه شمسی ما از جهات مختلف منحصربه‌فرد است که یکی از آنها شکل‌گیری سیاره عطارد است. این تحقیق یکبار دیگر نشان می‌دهد شناخت ما از منظومه‌ای که در آن ساکن هستیم، نیازمند جستجوهای فراخورشیدی بیشتر است.

منبع