وفقًا لنظرية السديم، تشكل النظام الشمسي منذ حوالي أربعة مليارات ونصف المليار سنة من قرص تراكمي ضخم من الغاز والغبار يدور حول شمسنا. وللأسف، لا تزال هناك أسئلة حول كيفية تشكلها، حيث يفضل العلماء أحد المسارين المحتملين. إما أنها نشأت من تصادمات بين صخور أكبر (الكواكب المصغرة)، أو من التراكم التدريجي للحصى بواسطة الكواكب الصغيرة.
وقد قدم بحث جديد من جامعة كوبنهاجن أدلة جديدة يمكن أن تحسم الجدل. وباستخدام نهج جديد، أعادوا بناء المراحل الأولى من تكوين الكواكب من خلال تحليل تركيبها الكيميائي. تشير نتائجهم إلى أن النموذج الهجين الذي يدمج المسارين يمكن أن يفسر كيفية تشكل الكواكب الصخرية مثل الأرض والمريخ، الأمر الذي قد يكون له آثار في دراسة الكواكب الخارجية.
وقاد البحث البروفيسور المساعد هايانغ س. وانغ والبروفيسور أندرس جوهانسن، باحثان من مركز تكوين النجوم والكواكب، وهو جزء من معهد غلوب بجامعة كوبنهاغن. وانضم إليهم باحثون من معهد فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية في ETH Zürich، ومركز نيفادا للفيزياء الفلكية (NCfA)، ومختبر القمر والكواكب، وجامعات متعددة. ونشرت ورقة تفصيلية للنتائج التي توصلوا إليها في المجلة العلمية علم الفلك الطبيعة.
تصوير فني لقرص كوكبي أولي تتشكل فيه الكواكب. الائتمان: إسو/ل. كالسادا
يركز نهج الفريق على عناصر محددة موجودة في قشرة وغطاء الأرض والمريخ. وعلى وجه التحديد، ركزوا على العناصر المتطايرة مثل الصوديوم والزنك والبوتاسيوم، وهي العناصر التي لها نقاط انصهار منخفضة نسبيًا وتتبخر عند درجات حرارة عالية. ومن خلال تحليل وفرة هذه العناصر، يتمكن العلماء من تحديد العمليات التي مر بها الكوكب أثناء التكوين.
وقالت جوهانسن في بيان صحفي صادر عن معهد غلوب: “إنها مهمة بوليسية كبيرة أن نكتشف ما حدث في ذلك الوقت عندما اختفت معظم الأدلة منذ فترة طويلة”. “ولكن حتى بعد 4.5 مليار سنة، تظل تركيبات دثار الأرض والمريخ كما هي. ويمكنك اعتبارها بصمة لعملية التكوين.”
ومن خلال النمذجة الإحصائية المتقدمة، قاموا بعد ذلك بحساب سيناريوهات التكوين الأكثر احتمالية للكوكبين. وأظهرت نتائجهم أن العناصر المتطايرة تُفقد من الحصى أثناء انتقالها نحو سطح الكوكب. استنادًا إلى وفرتهما النسبية على الأرض والمريخ، يشير هذا إلى أن الكوكبين تشكلا بطرق مختلفة: تشكل المريخ في المقام الأول من خلال اصطدام الكواكب المصغرة بينما بدأت الأرض إلى حد كبير ككوكبين أوليين نما من خلال تراكم الحصى. كما لخص وانغ:
وكانت النتيجة الأكثر إثارة للدهشة هي أن الأرض والمريخ قد تشكلا بطرق مختلفة. ربما كنت تتوقع أن كوكبين تشكلا جنبًا إلى جنب في نفس النظام الشمسي سيشتركان في تاريخ تكوين أكثر تشابهًا.
ويبدو أن ما لا يقل عن 75% من كتلة الأرض ينشأ من كوكبين شابين، يُعرفان باسم الكواكب الأولية، وقد نما حجمهما عن طريق تراكم الحصى، بينما ساهمت الكواكب المصغرة بما يصل إلى 25%. في المقابل، يبدو أن ما يقرب من ثلاثة أرباع كتلة المريخ تأتي من الكواكب المصغرة، بينما ينشأ الربع المتبقي من تراكم الحصى.
الأرض والمريخ كلاهما أجسام مختلفة، مما يعني أنهما يتكونان من طبقات مختلفة من المواد ذات كثافات مختلفة. المصدر: (الأرض) كلفينسونج، (المريخ) ناسا
ويؤكد الباحثون أن نتائجهم مبنية على نماذج إحصائية تحتوي على شكوك. وتشمل هذه افتراضات التركيب الكيميائي للقرص التراكمي للنظام الشمسي الشاب والذي سيشكل الكواكب في النهاية. بالإضافة إلى ذلك، واستنادًا إلى أوجه التشابه بين المريخ والأرض، فقد افترض أيضًا أن كتل البناء الكوكبية كانت مشابهة كيميائيًا للكويكب فيستا.
وأخيرًا، يُفترض تقليديًا أن العناصر المتطايرة يتم فقدها بشكل أكثر كفاءة أثناء تراكم الحصى مقارنة بالصدمات العملاقة. ولكن كما أشار وانغ، حتى بعد تعديل النتائج لهذه الافتراضات، فإن الاستنتاج الرئيسي يظل كما هو:
قد تختلف النسب الدقيقة إلى حد ما، لكن تحليلاتنا تشير باستمرار إلى أن الأرض والمريخ تشكلا بطريقتين مختلفتين. توفر طريقتنا طريقة أكثر دقة ومباشرة لفهم تكوين الكوكب من النهج القائم على النظائر الأكثر استخدامًا، والذي غالبًا ما يمكن تفسيره بطرق متعددة.
علاوة على ذلك، فإن الفهم الأفضل لمسارات تكوين الكواكب الصخرية يمكن أن يساعد في إثراء البحث المستمر عن الكواكب الخارجية الصالحة للسكن. ال تلسكوب نانسي جريس الفضائي الرومانيتم إطلاقه في 30 أغسطس، وهو مجهز بأداة واسعة المجال ومجال رؤية أكبر 100 مرة على الأقل من تلسكوب هابل الفضائي.
يُظهر هذا الانطباع الفني كوكب بروكسيما بي الذي يدور حول النجم القزم الأحمر بروكسيما سنتوري، وهو أقرب نجم إلى نظامنا الشمسي. الائتمان: إسو / م. كورنميسر.
ال مرصد العوالم الصالحة للسكن (HWO)، عند نشرها في أربعينيات القرن الحالي، سيكون لها دقة وحساسية أكثر قوة. إلى جانب المراصد الأرضية التي تجمع بين المرايا الأولية الكبيرة والبصريات التكيفية (AOs)، ستكون هذه المراصد قادرة على توصيف الكواكب الخارجية من خلال تحديد تركيباتها الكيميائية. يعد هذا أمرًا حيويًا لتحديد ما إذا كانوا قادرين على دعم الحياة أم لا. “صالحة للسكن”.
وقال جوهانسن: “إذا فهمنا كيف تفقد الكواكب العناصر المتطايرة أثناء تكوينها، فيمكننا أيضًا أن نصبح أفضل في التنبؤ بكمية الماء والمواد الأخرى الداعمة للحياة التي تحتفظ بها في النهاية”.
مزيد من القراءة: العالم
