تشكلت الأرض والمريخ من اصطدام أجسام كبيرة مصنوعة من المواد الداخلية للنظام الشمسي.

درس فريق بحث دولي التركيب النظائري للكواكب الصخرية داخل النظام الشمسي.

الأرض و يوم الثلاثاء غالبًا ما تكون مصنوعة من مواد ظهرت في النظام الشمسي الداخلي ؛ تشكلت نسبة قليلة فقط من اللبنات الأساسية لهذين الكوكبين وراءهما يوم الخميسمن المدار. بقيادة فريق من المحللين جامعة مونستر (ألمانيا) أبلغ عن هذه النتائج في عدد 22 ديسمبر 2021 من المجلة التقدم العلمي. إنهم يجرون مقارنة مفصلة للغاية مع تاريخ التركيب النظائري لمواد البناء القديمة داخل وخارج الأرض والمريخ والنظام الشمسي. بعض هذه الأجسام لا تزال إلى حد كبير دون تغيير في النيازك اليوم. نتائج الدراسة لها آثار بعيدة المدى على فهمنا للعملية التي تشكل بها عطارد. جمعةوالأرض والمريخ. النظرية القائلة بأن الكواكب الصخرية الأربعة نمت إلى حجمها الحالي من خلال تراكم ملليمترات من حصى الغبار من خارج النظام الشمسي غير مقبولة.

في الأيام الأولى لنظامنا الشمسي ، منذ ما يقرب من 4.6 مليار سنة ، دار قرص من الغبار والغازات حول الشمس. تصف نظريتان كيف تشكلت الكواكب الصخرية الداخلية من مادة البناء الأصلية هذه على مدى ملايين السنين. وفقًا للنظرية القديمة ، يتراكم الغبار داخل النظام الشمسي بكميات كبيرة ويصل تدريجياً إلى حجم القمر. شكلت تصادمات هذه النوى الكوكبية في النهاية الكواكب الداخلية عطارد والزهرة والأرض والمريخ. ومع ذلك ، تفضل نظرية جديدة عملية نمو مختلفة: غبار بحجم ملليمتر “حصى” هاجر من النظام الشمسي الخارجي نحو الشمس. على طول الطريق ، ركزوا على نوى الكواكب للنظام الشمسي الداخلي وتضخموا تدريجيًا إلى حجمها الحالي.

أربعة كواكب أرضية: عطارد والزهرة والأرض والمريخ. الائتمان: ناسا / معهد القمر والكواكب

تستند كلتا النظريتين إلى نماذج نظرية ومحاكاة حاسوبية تهدف إلى إعادة بناء الظروف والديناميكيات في النظام الشمسي المبكر ؛ كلاهما يصف المسار المحتمل لتشكيل الكواكب. لكن ما هو الصواب؟ ما هي العملية التي حدثت بالفعل؟ للإجابة على هذه الأسئلة ، يوجد باحثون بحثيون حاليون من جامعة مونستر (ألمانيا) ومرصد دي لا سي تي دازور (فرنسا) ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (الولايات المتحدة الأمريكية) ومتحف التاريخ الطبيعي في برلين (ألمانيا). حددت جامعة برلين الحرة (ألمانيا) التركيبة الدقيقة للأرض والمريخ.

يقول الدكتور كريستوف بوركارد ، المؤلف الأول للدراسة بالجامعة: “أردنا معرفة ما إذا كانت اللبنات الأساسية للأرض والمريخ قد ظهرت في النظام الشمسي الخارجي أو الداخلي”. لهذا الغرض ، توفر نظائر المعادن النادرة مثل التيتانيوم والزركونيوم والموليبدينوم ، والتي توجد في آثار صغيرة في طبقات السيليكات الخارجية لكوكبين ، أدلة مهمة. النظائر هي أنواع مختلفة من نفس العنصر تختلف فقط في وزنها الذري.

إشارة إلى النيازك

يعتقد العلماء أن هذه النظائر المعدنية وغيرها لم تكن موزعة بالتساوي في النظام الشمسي المبكر. على العكس من ذلك ، فإن وفرتها تعتمد على المسافة من الشمس. لذلك لديهم معلومات قيمة حول مصدر اللبنات الأساسية لجسم معين في النظام الشمسي المبكر.

على وجه الخصوص ، استخدم الباحثون نوعين من النيازك ، أحدهما للبضائع النظيرية الأصلية للنظام الشمسي الخارجي والداخلي. عادة ما تجد هذه الشظايا طريقها إلى الأرض من حزام الكويكبات ، وهي المنطقة الواقعة بين مداري المريخ والمشتري. غالبًا ما تُعتبر آثارًا من بداية النظام الشمسي. ظهرت الكوندريتات الكربونية ، والمعروفة أيضًا باسم الكوندريت الكربوني ، والتي قد تحتوي على نسبة معينة من الكربون ، خارج مدار كوكب المشتري ثم انتقلت إلى حزام الكويكبات بسبب تأثير عمالقة الغاز المتزايدة ، الأطفال الحقيقيين للشمس الداخلية النظام.

نيزك المريخ Elephant Moraine (EETA) 79001. درس العلماء هذه النيازك وغيرها من نيازك المريخ في الدراسة. الائتمان NASA / JSC

تمت دراسة التركيب النظيري الدقيق لطبقات الصخور الخارجية التي يمكن الوصول إليها وتكوين نوعي النيازك لبعض الوقت ؛ ومع ذلك ، لا يوجد تحليل مفصل نسبيًا لصخور المريخ. في دراستهم الحالية ، درس الباحثون الآن ما مجموعه 17 عينة نيزك من المريخ ، والتي يمكن تخصيصها لستة أنواع من المريخ. بالإضافة إلى ذلك ، درس العلماء لأول مرة وفرة من ثلاثة نظائر معدنية مختلفة.

تم أولاً مسح عينات من أحجار نيزك المريخ وتعريضها للمعالجة الكيميائية المسبقة المعقدة. باستخدام المجمع المتعدد بلازما من خلال مطياف الكتلة في معهد علم الفلك بجامعة مونستر ، تمكن الباحثون من الكشف عن نظائر التيتانيوم والزركونيوم والموليبدينوم على نطاق صغير. أجروا عمليات محاكاة حاسوبية لحساب نسبة مواد البناء الموجودة اليوم في شوندرات كربونية وغير كربونية يجب ربطها بالأرض والمريخ لإعادة تكوين مركباتها المقاسة. عند القيام بذلك ، أخذوا في الاعتبار مجموعتين مختلفتين من الطور لحساب التواريخ المختلفة لنظائر التيتانيوم والزركونيوم ونظائر الموليبدينوم. على عكس التيتانيوم والزركونيوم ، يتركز الموليبدينوم بشكل رئيسي في مركز الكوكب المعدني. قد تكون الكميات الصغيرة التي لا تزال موجودة حتى اليوم في الطبقات الخارجية الغنية بالسيليكات قد تم تضمينها فقط في المراحل الأخيرة من تطور الكوكب.

تظهر نتائج الباحثين أن الطبقات الصخرية الخارجية للأرض والمريخ لها القليل من القواسم المشتركة مع الكوندريتات الكربونية للنظام الشمسي الخارجي. إنهم يشكلون أربعة بالمائة فقط من لبنات البناء الأصلية لكوكبين. يقول الدكتور ثورستن كلاين ، الأستاذ في جامعة مونستر ومدير معهد ماكس بلانك: “إذا كانت الأرض والمريخ قد تراكمت حبيبات الغبار من النظام الشمسي الخارجي ، لكانت هذه القيمة أعلى بعشر مرات تقريبًا”. أبحاث الأسرة الشمسية في Kottingen. ويضيف: “لا يمكننا تأكيد هذه النظرية الخاصة بتكوين الكواكب الداخلية”.

مواد البناء المفقودة

لكن تكوين الأرض والمريخ لا يتطابق تمامًا مع معنى الكوندريت غير الكربوني. تشير عمليات المحاكاة الحاسوبية إلى أنه يجب لعب نوع آخر مختلف من مواد البناء. يوضح كريستوف بوركارد: “هذا النوع الثالث من مواد البناء ، الذي استنتجته عمليات المحاكاة الحاسوبية لدينا ، هو مركب نظيري لا بد أنه ظهر داخل النظام الشمسي”. نظرًا لأن الأجسام القريبة جدًا من الشمس لا تتناثر أبدًا في حزام الكويكبات ، فإن الكواكب الداخلية تمتص هذه المادة بالكامل تقريبًا ولا تتشكل في النيازك. يقول Thorsten Klein: “يمكننا اليوم أن نقول” مواد بناء مفقودة “لا يمكننا الوصول إليها بشكل مباشر”.

لا يغير الاكتشاف المفاجئ نتائج دراسة تكوين الكواكب. يخلص كريستوف بوركارد إلى أن “الأرض والمريخ هما أساسًا أجسام في النظام الشمسي الداخلي ، والتي تتناسب بشكل جيد مع تكوين الكواكب من اصطدام أجسام كبيرة في النظام الشمسي الداخلي”.

ملاحظة: كريستوف بوركارد ، فريدولين سبيتزر ، أليساندرو موربيتيلي ، جيريت بوت ، جون هـ. رندر ، توماس س. كروجر وتورستن كلاين ، 22 ديسمبر 2021 ، “تكوين الأرض من أجسام النظام الشمسي الداخلية المفقودة” التقدم العلمي.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj7601