می‌خواهید حقیقتی بامزه را بدانید؟ ما نمی‌دانیم سیاره‌مان چگونه شکل گرفته است و تنها ایده‌های کلی داریم؛ اما پیبردن به جزئیات آن است که آن را می‌کنید. مدلی‌ داریم که درحال‌حاضر به‌عنوان محتمل‌ترین توصیف برای شکل‌گیری زمین پذیرفته‌شده است: زمین موجود در بالای سیارک‌ها است. بااین‌حال، حتی در این مدل هم حقایقی درباره‌ی شکل‌گیری سیاره‌مان وجود دارد که توضیحشان را می‌دهد.

پژوهشی جدید که با ترکیبی از آزمایش و مدلسازی است، مسیر زمین را برای شکل‌گیری نشان می‌دهد که بیشتر با خصوصیات زمین سازگار است. پائولو سوسی، دیرینه‌شناس مؤسسه ETH زوریخ در سوئیس، درباره این موضوع می‌گوید:

شکل‌های رایج اخترفیزیک و شیمی کیهانی، زمین از سیارک‌های کندریتی (نوعی سنگ کیهانی) شکل گرفته است. این مواد بلوک‌های ساده‌ی سنگی‌فلزی نسبتاً کوچک هستند که در اوایل حیات منظومه‌ای شمسی شکل گرفته‌اند. مشکل این نظریه آن است که هیچ ترکیبی از این کندریت‌ها نمی‌تواند ترکیب دقیق زمین را توجیه کند. چراکه زمین کمتر از آنچه فکرش را می‌کنیم، عناصر فرّار و سبکی مثل هیدروژن و هلیوم دارد.

بدین‌ترتیب، سوالات متعددی درباره فرآیند شکل‌گیری سیاره به‌وجود می‌آید؛ اما دانش فقط می‌تواند تصویری را ارائه دهد. وقتی ستاره‌ای از توده‌های متراکم ماده در ابر مولکولی گاز و غبار شکل می‌گیرد، مواد اطراف آن به‌شکل دیسکی درمی‌آیند که دورتادور ستاره‌ای در حال رشد می‌چرخند.

دیسک گاز و غباری نه‌تنها بر رشد ستاره تأثیر می‌گذارد. بلکه سایر مواد متراکم درون این دیسک هم به‌شکل توده‌های کوچکتر و سرد درمی‌آیند. توده‌های کوچک در درجه‌های اول با نیروی الکترواستاتیک و سپس با نیروی گرانش با برخورد می‌کنند و با می‌چسبند و اجرا می‌کنند که می‌توانند یک سیاره را تشکیل دهند. به این مدل، تجمع گفته می‌شود که شواهد عینی بسیاری هم برای آن وجود دارند.

اگر سنگ‌هایی که با هم می‌چسبند از نوع خاصی باشند، بازهم پرسش بزرگ دیگری درباره عناصر فرّار و سبک‌تر مطرح می‌شود. توصیف‌های موجود را برای این موضوع در نظر گرفته است. برای مثال، آن‌ها در طول برخوردهای گرمایی تولید می‌شوند که به تبخیر عناصر سبک‌تر انجام می‌شود. بااین‌حال، فرضیه‌ای یکی هم لزوماً صحیح نیست: گرما می‌تواند ایزوتوپ‌های عناصر سبک‌تر را تبخیر کند که نوترون کمتری دارند. اما ایزوتوپ‌های سبکی که روی زمین وجود دارند، به نسبت کاملاً مشابه ایزوتوپ‌هایی هستند که در کندریت‌ها پیدا شدند.

سوسی و همکاران او احتمال دیگری را نیز بررسی کردند: سنگ‌هایی که برای تشکیل زمین با ترکیبی از انواع سیارک‌های کندریتی نبودند. بلکه ریزسیاره بودند. این بدنه‌های بزرگ‌تر که هسته‌ای سیاره‌ها هم نامیده می‌شوند، به اندازه کافی رشد کنند تا هسته‌ای جدا شوند. سوسی معتقد است:

مدل‌های داینامیک که آن‌ها سیاره‌ها را شبیه‌سازی می‌کنیم، نشان می‌دهند سیاره‌های منظومه‌ای شمسی به‌صورت تدریجی رشد کردند. ذرات کوچک به‌مرورزمان ازطریق کشش گرانشی به ریزسیاره‌هایی در ارتفاع کیلومتری تبدیل شدند. علاوه بر این، ریزسیاره‌هایی که در نواحی اطراف خورشیدهای مختلف جوان یا در بازه‌های مختلف شکل‌های مختلف، می‌توانند ترکیب شیمیایی بسیار متفاوتی داشته باشند.

شبیه‌سازی‌های N جرمی را اجرا کردند و بدین‌ترتیب، تغییراتی مانند تعداد ریزسیاره‌ها را در طول سناریو «انتقال بزرگ» تغییر دادند. درمان این سناریو، سیاره‌ای مشتری در او شکل‌گیری به خورشید نزدیک شد و سپس به موقعیت فعلی خود بازگشت.

مقاله مرتبط:

نرم افزار سناریو یادشده، موتور در منظومه‌ای شمسی تاثیر چشمگیری بر سنگ‌های کوچک‌تر گذاشته و ریزسیاره‌ها را به دیسک داخلی هدایت کرده است. همچنین، پژوهشگران شبیه سازی‌هایی را برای ایجاد منظومه‌ای شمسی داخلی، یعنی سیاره‌های عطارد، زهره، زمین و مریخ اجرا کردند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که ترکیب‌های متنوعی از ریزسیاره‌ها را با ترکیب‌های شیمیایی متفاوت می‌توان به ساخت زمینی بینجامد کرد.

در واقع، زمین محتمل‌ترین خروجی شبیه‌سازی‌ها است. نتایج این نه‌تنها برای درک منظومه‌های شمسی و ترکیب‌های مختلف سیاره‌های سنگی آن، برای درک منظومه‌های سیاره‌های دیگر هم مهم هستند. سوسی بیان می‌کند:

گرچه این نظریه هنوز در حد حدس‌وگمان است، آن را بسیار شاخص می‌دانیم. حالا نه‌تنها درباره مکانیزم شکل‌گیری زمین اطلاعاتی را به دست آوردیم. بلکه مرجعی هم برای توجیه شکل‌گیری دیگر سیاره‌های سنگی داریم. پژوهش ما نشان می‌دهد درنظرگرفتن تغییرات و ویژگی‌های شیمیایی چقدر بر شکل‌گیری سیاره‌ها تأثیر می‌گذارند. امیدوارم یافته‌هایمان، زمینه‌های همکاری نزدیک‌تر بین پژوهشگران در هر دو زمینه باشند.

پژوهش ذکر شده در Nature Astronomy منتشر شد.

اگر دوست داشتی امتیاز دادن یادت نره!