لماذا الأرض أكبر من المريخ؟

وتمكن الباحثون الذين استخدموا عمليات جديدة تم تحديدها في نماذج تكوين الكواكب، بدءا من المرحلة الأولى عندما كانت أجساما صغيرة تسمى الحصى، من تفسير سبب كون المريخ أصغر بكثير من الأرض. نفس العملية تفسر أيضًا النشوء السريع للعمالقة الغازية مثل كوكب المشتري وزحل.

طور باحثون من معهد العلوم الجنوبي الغربي نموذجًا لتكوين الكواكب يشرح الاختلافات في الحجم والكتلة بين الأرض والمريخ.

الصورة: المريخ أصغر بكثير وكتلته تبلغ حوالي عُشر كتلة الأرض فقط. نجحت النماذج التقليدية لتكوين النظام الشمسي في خلق أوجه تشابه مع الأرض والزهرة، ولكنها تنبأت أيضًا بأن المريخ سيكون بحجم مماثل أو حتى أكبر من الأرض.

يقول هال ليفيسون، العالم في قسم علوم الكواكب والباحث الرئيسي في ورقة بحثية منشورة في مجلة "إن هذه المحاكاة العددية كانت قادرة على إنشاء البنية الصحيحة للنظام الشمسي الداخلي مع الأرض والزهرة والمريخ عندما يكون أصغر". بناس.

إن حقيقة أن كتلة المريخ لا تتجاوز عُشر كتلة الأرض كانت بمثابة لغز بالنسبة للمنظرين الذين يدرسون النظام الشمسي. في النماذج القياسية لتكوين الكواكب، تتشكل الأجسام ذات الأحجام المتشابهة من خلال عملية تعرف باسم النمو. وتتكدس الصخور فوق صخور أخرى لتشكل جبالاً، ثم تتراكم الجبال لتشكل كتلاً أكبر وهكذا. في حين أن نموذج النمو النموذجي يقدم أوجه تشابه جيدة بين الأرض والزهرة، إلا أنهم يتوقعون أن المريخ سيكون مشابهًا في الحجم أو حتى أكبر من الأرض. بالإضافة إلى ذلك، تبالغ هذه النماذج أيضًا في تقدير الكتلة الإجمالية لحزام الكويكبات.
وقال لويزون: "إن فهم الأسباب التي تجعل المريخ في الواقع أصغر من المتوقع يمثل مشكلة كبيرة أعاقت جهود نمذجة النظام الشمسي لعقود من الزمن". "لدينا حل ينبع مباشرة من عملية تكوين الكوكب نفسها."
تتبعت الحسابات الجديدة التي أجراها ليفيسون وزملاؤه نمو وتطور نظام الكواكب. لقد أوضحوا كيف أن بنية النظام الشمسي الداخلي هي نتيجة طبيعية للنمط الجديد لنمو الكوكب المعروف باسم تراكم الحصى المثار باللزوجة (VSPA). باستخدام VSPA، يتبلور الغبار وينمو إلى حصوات - أجسام يبلغ حجمها بضعة سنتيمترات. تتجمع هذه الأجسام معًا من خلال الجاذبية لتشكل أجسامًا بحجم الكويكبات. في ظل الظروف المناسبة، يمكن لهذه الكويكبات المبكرة أن تبتلع الحصى المتبقية، مع السحب الديناميكي الهوائي الذي يدفع الحصى إلى المدار، حيث تدور وتندمج في جسم كوكبي كبير خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا.
ومع ذلك، كشفت النماذج الجديدة أنه لم تكن جميع الكويكبات القديمة موجودة في مكان كان من الممكن فيها جذب الحصى والنمو. على سبيل المثال، الأجسام بحجم سيريس (الذي يبلغ قطره حوالي ألف كيلومتر)، وهو أكبر كويكب في حزام الكويكبات، سوف تنمو بشكل أسرع في منطقة المدار الحالي للأرض ولكنها لن تكون قادرة على النمو بكفاءة بالقرب من الموقع الحالي للأرض. المريخ وما بعده لأن السحب الديناميكي الهوائي سيكون أضعف من أن تتمكن من عملية الالتقاط. - الحصى.
"وهذا يعني أن عدداً قليلاً جداً من الحصى اصطدمت لتشكل جسماً أكبر في الموقع الحالي للمريخ. وهذا يوفر تفسيرا طبيعيا لصغر حجم المريخ." يقول الباحث. "وبالمثل، تشكل عدد أقل بكثير من هذه الأجسام في حزام الكويكبات، مما تسبب في انخفاض كتلة الحزام. المكان الوحيد للنمو بفعالية كان في المناطق الحالية من الأرض والزهرة.
"هذه النماذج لها آثار هائلة على دراسة تاريخ حزام الكويكبات." يقول بيل بوتكي، وهو أيضًا من معهد العلوم الجنوبي الغربي وعضو في فريق البحث. "تضمنت النماذج السابقة كمية من المواد تعادل كتلة الأرض في مدارات المريخ وحزام الكويكبات، حتى تتمكن الكواكب من النمو هناك. ويتنبأ النموذج الجديد بأن حزام الكويكبات لن يحتوي أبدًا على كتلة أكبر من تلك التي لوحظت في حزام الكويكبات.
"يزود هذا النموذج مجتمع علوم الكواكب بتنبؤ قابل للاختبار. كما سيكون قادرًا على التكامل مع اختبارات المواد الموجودة في النيازك والاستشعار عن بعد والمهمات الفضائية"، كما يقول بوتكا.
يكمل هذا البحث بحثًا نُشر مؤخرًا في مجلة Nature أجراه لويسون وكارتكا ومارتن دنكان (من جامعة كوينز) يوضح كيف يمكن لنفس الحصى أن تشكل قلب عمالقة الغاز وتشرح بنية النظام الشمسي الخارجي. إن الجمع بين العملين يجعل من الممكن إنتاج نظام شمسي كامل من خلال عملية موحدة واحدة.

لإشعار الباحثين