Planety podobne do Merkurego raczej należą do rzadkości we wszechświecie

Merkury, pierwsza planeta od Słońca, jest pod wieloma względami ekstremalna. Dzień na powierzchni trwa dłużej niż rok. W każdym momencie jedna półkula – skierowana ku Słońcu – jest niewiarygodnie gorąca, a druga – niewiarygodnie zimna. To także jedna z najmniej poznanych planet Układu Słonecznego. Choć jest to planeta skalista tak jak Ziemia, Wenus i Mars, to posiada ona znacznie wyższy stosunek żelaza do skał niż pozostałe.

Przez całe dziesięciolecia najpowszechniej przyjmowanym wytłumaczeniem tego faktu było masywne zderzenie Merkurego z innym obiektem, wskutek którego planeta straciła znaczną część swojego płaszcza. Niemniej jednak, według nowych badań przeprowadzonych przez zespół naukowców z CTAC (Center for Theoretical Astrophysics and Cosmology) na Uniwersytecie w Zurychu, tajemnicza natura Merkurego może być wynikiem wielu kolizji z dużymi obiektami.

W ramach swoich badań zespół kierowany przez Alice Chau rozważył różne możliwości wyjaśnienia nietypowej gęstości i stosunku żelaza do skał we wnętrzu Merkurego i na końcu wybrał najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie.

Po kolei, Merkury stanowi swego rodzaju tajemnicę dla astronomów, z uwagi na swoją nietypową metaliczność. Tak jak Ziemia, Wenus i Mars, Merkury jest planetą skalistą, czyli składa się z krzemianów i metali, które układają się w żelazne jądro i krzemianowy płaszcz i skorupę. Jednak w przeciwieństwie do innych planet skalistych w Układzie Słonecznym, w Merkurym znajduje się nieproporcjonalnie dużo żelaza.

Wewnętrzna budowa Merkurego: 1. Skorupa: 100-300 km grubości, 2 Płaszcz: 600 km, 3. Jądro o promieniu 1800 km. Źródło: NASA/JPL

Jądro Merkurego nie tylko posiada wyższą zawartość żelaza niż jakakolwiek inna główna planeta Układu Słonecznego, ale w oparciu o jego gęstość i rozmiary, geolodzy szacują, że zajmuje ono około 42% objętości planety – dla porównania jądro Ziemi zajmuje 17% objętości planety. Dlaczego tak jest? Nie wiadomo, ale na przestrzeni lat powstało wiele teorii. W rozmowie z portalem Universe Today, Chau przyznaje, że wszystkie te teorie można podzielić na dwie kategorie:

  1. Merkury uzyskał swoje duże jądro żelazne już na samym początku, w mgławicy słonecznej. W niewielkiej odległości od Słońca pewne mechanizmy mogły wydajnie oddzielać metale od skał (z uwagi ich różne temperatury przechodzenia w stał stały lub różne własności przewodzące lub równowagę między oporem i grawitacją), przez co większa ilość metali przemieszczała się powoli do wnętrza mgławicy, podczas gdy skały oddalały się od Słońca. Merkury powstałby zatem w miejscu bardziej bogatym w metale niż reszta dysku.
  2. Merkury na początku wytworzył jądro podobne do innych jąder planetarnych, ale  z czasem utracił dużą część swojego płaszcza wskutek gigantycznego zderzenia lub przez odparowanie (a taki odparowany płaszcz następnie wywiany mógł być przez wiatr słoneczny).

Ta druga możliwość, w której Merkury utracił znaczącą część swojego płaszcza poprzez odparowanie lub masywne uderzenie, pozostaje najpowszechniej przyjmowaną w społeczności naukowej. Opierając się na tym, Chau wraz ze współpracownikami przeanalizowała standardowe parametry zderzenia (prędkość uderzenia, stosunek mas, itd.) i rozważyła prawdopodobny skład chemiczny impaktora, jak również rolę ochładzania Merkurego już po zderzeniu.

Sonda MESSENGER krążąca wokół Merkurego. Źródło: NASA

Celem analiz było określenie czy skład chemiczny Merkurego jest wynikiem pojedynczego, gigantycznego zderzenia czy wielu mniejszych. Choć obie możliwości są niewielkie i wymagałyby unikalnego zestawu okoliczności, Chau wraz ze współpracownikami określiła, że oba scenariusze mogą odpowiadać za osobliwą naturę Merkurego. Wnioski z badań można sprowadzić do pięciu punktów:

  1. Pojedyncze gigantyczne zderzenie lub zderzenie bokiem wymagałyby precyzyjnych parametrów i prędkości zderzenia, aby doprowadzić do powstania Merkurego o obecnej masie i stosunku żelaza do masy. W przypadku zderzenia bokiem zakres parametrów jest nieco większy.
  2. Skład chemiczny impaktora wpływa na ostateczną masę i rozkład żelaza w planecie po zderzeniu.
  3. Stan Merkurego przed zderzeniem ma wpływ na ostateczną masę obiektu po nim.
  4. Scenariusz mówiący o licznych zderzeniach nie wymaga precyzyjnych parametrów geometrycznych, ale ograniczony jest przez zakres czasowy i bogaty w substancje lotne skład chemiczny powierzchni Merkurego.
  5. Tworzenie Merkurego w gigantycznych zdarzeniach jest możliwe ale trudne.

Krótko mówiąc badacze doszli do wniosku, że oba scenariusze mogą odpowiadać za wysoki stosunek ilości żelaza do skał w Merkurym, aczkolwiek szanse na ich zajście nie są duże. Tę tezę wspiera fakt, że jak dotąd nie odkryliśmy zbyt wielu egzoplanet podobnych do Merkurego. To z kolei potwierdza, że cokolwiek sprawiło, że Merkury jest taki jaki jest, nie zdarza się zbyt często.

“Nasze badania nie są pierwszymi, które wskazywałyby na gigantyczne zderzenia jako wyjaśnienie dużego jądra żelaznego Merkurego, ale potwierdzają one, że potrzeba bardzo określonych parametrów takiego zderzenia” mówi Chau. “Wydaje się, że powstanie takiego Merkurego nie należy do łatwych zadań”.

W tym sensie, gigantyczne zderzenia przypominają nam o tym jak chaotyczne są układy planetarne. Tego typu kolizje nie tylko mają ogromny wpływ na własności planety (np. układ Ziemia-Księżyc uważany jest za wynik gigantycznego zderzenia), ale biorąc pod uwagę nasze przeglądy egzoplanet, należą do rzadkości.

Być może nasz układ planetarny jest unikalny pod kilkoma względami – chociażby poprzez powstanie życia czy gigantyczne zderzenia, które fundamentalnie zmieniły kilka z jego planet. Z drugiej strony, tak naprawdę dopiero zaczęliśmy odkrywać egzoplanety – być może jednak z czasem znajdziemy kolejne planety Merkuropodobne.

Źródło: Universe Today

Komentarze wyłączone.