زمین و مریخ از مواد درونی منظومه شمسی تشکیل شده‌اند
چهار سیاره زمینی: عطارد، زهره، زمین و مریخ. اعتبار: ناسا / موسسه قمری و سیاره‌ای
زمین و مریخ از موادی تشکیل شده‌اند که عمدتاً در منظومه شمسی داخلی منشأ می‌گیرند. تنها چند درصد از اجزای سازنده این دو سیاره فراتر از مدار مشتری منشأ گرفته‌اند. گروهی از محققان به سرپرستی دانشگاه مونستر (آلمان) این یافته‌ها را امروز در مجله Science Advances گزارش کردند. آنها جامع‌ترین مقایسه تا به امروز را از ترکیب ایزوتوپی زمین، مریخ و مصالح ساختمانی بکر از درون و بیرون منظومه شمسی ارائه می‌کنند. برخی از این مواد امروزه هنوز تا حد زیادی بدون تغییر در شهابسنگها یافت می‌شود. نتایج این مطالعه پیامدهای گسترده‌ای برای درک ما از فرآیند تشکیل سیارات عطارد، زهره، زمین و مریخ دارد. نظریه‌ای که فرض می‌کند چهار سیاره سنگی با انباشتن سنگریزه‌های گرد و غباری به اندازه میلی‌متر از بیرون منظومه شمسی به اندازه کنونی خود رشد کرده اند قابل قبول نیست.
تقریباً 4.6 بیلیون سال پیش، در روزهای اولیه منظومه شمسی ما، قرصی از غبار و گاز به دور خورشید جوان چرخید. دو نظریه توضیح می‌دهند که چگونه در طی میلیون‌ها سال، سیارات سنگی درونی از این مصالح ساختمانی اولیه تشکیل شده‌اند. طبق نظریه قدیمی‌تر، غبار در منظومه شمسی درونی به تکه‌های بزرگتر انباشته شده و به تدریج به اندازه ماه ما می‌رسد. برخورد این جنین‌های سیاره‌ای سرانجام سیارات درونی عطارد، زهره، زمین و مریخ را به وجود آورد. با این حال، یک نظریه جدیدتر، فرآیند رشد متفاوتی را ترجیح می‌دهد: “ریگهای” گرد و غبار به اندازه میلی‌متر از منظومه شمسی بیرونی به سمت خورشید مهاجرت کردند. در راه خود، آنها بر روی جنین‌های سیاره‌ای منظومه شمسی داخلی جمع شدند و گام به گام آنها را به اندازه فعلی خود بزرگ کردند.
هر دو نظریه مبتنی بر مدل‌های نظری و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری با هدف بازسازی شرایط و دینامیک در منظومه شمسی اولیه هستند. هر دو مسیر احتمالی تشکیل سیاره را توصیف می‌کنند. اما کدام یک درست است؟ کدام فرآیند واقعا اتفاق افتاد؟ محققان دانشگاه مونستر (آلمان)، رصدخانه کوت دازور (فرانسه)، مؤسسه فناوری کالیفرنیا (ایالات متحده)، موزه تاریخ طبیعی برلین (آلمان)، و برای پاسخ به این سؤالات در مطالعه فعلی خود، و دانشگاه آزاد برلین (آلمان) ترکیب دقیق سیارات سنگی زمین و مریخ را تعیین کرد. دکتر کریستف بورکهارت از دانشگاه مونستر، نویسنده اول این مطالعه، می‌گوید: «ما می‌خواستیم بفهمیم که آیا بلوک‌های سازنده زمین و مریخ از منظومه شمسی بیرونی یا درونی منشا گرفته‌اند. برای این منظور، ایزوتوپ‌های فلزات کمیاب تیتانیوم، زیرکونیوم و مولیبدن که در لایه‌های بیرونی و غنی از سیلیکات هر دو سیاره یافت می‌شوند، سرنخ‌های مهمی را ارائه می‌دهند. ایزوتوپ ها انواع مختلفی از یک عنصر هستند که تنها در وزن هسته اتمی آنها متفاوت است.
شهابسنگها به عنوان مرجع
دانشمندان فرض می‌کنند که در منظومه شمسی اولیه، این ایزوتوپ‌ها و سایر ایزوتوپ های فلزی به طور یکنواخت توزیع نشده بودند. بلکه فراوانی آنها به فاصله از خورشید بستگی داشت. بنابراین آنها اطلاعات ارزشمندی در مورد این موضوع در اختیار دارند که منظومه شمسی اولیه از کجا منشأ گرفته‌اند.
به عنوان مرجعی برای فهرست ایزوتوپی اصلی منظومه شمسی بیرونی و درونی، محققان از دو نوع شهاب‌سنگ استفاده کردند. این تکه‌های سنگ عموماً از کمربند سیارکی، منطقه بین مدار مریخ و مشتری، راه خود را به زمین پیدا کردند. آنها از ابتدای منظومه شمسی تا حد زیادی مواد بکر در نظر گرفته می‌شوند. در حالی که کندریت‌های کربنی نامیده می‌شوند که می‌توانند تا چند درصد کربن داشته باشند، فراتر از مدار مشتری سرچشمه گرفته‌اند و تنها بعداً به دلیل تأثیر غول‌های گازی در حال رشد، پسرعموهای کم‌کربن آنها، کندریت‌های غیر کربنی، به کمربند سیارکها منتقل شدند. فرزندان واقعی منظومه شمسی درونی هستند.
شهاب‌سنگ مریخی فیل موراین ((EETA 79001. دانشمندان این شهابسنگها و دیگر شهاب‌سنگ‌های مریخی را در این مطالعه بررسی کردند. اعتبار: NASA/JSC
ترکیب دقیق ایزوتوپی لایه‌های سنگ بیرونی قابل دسترس زمین و هر دو نوع شهاب سنگ برای مدتی مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، هیچ تجزیه و تحلیل نسبتا جامعی از سنگهای مریخ وجود ندارد. در مطالعه فعلی خود، محققان اکنون نمونه‌هایی از 17 شهاب سنگ مریخی را بررسی کردند که می‌توان آنها را به شش نوع معمولی سنگ مریخ اختصاص داد. علاوه بر این، دانشمندان برای اولین بار فراوانی سه ایزوتوپ فلزی مختلف را بررسی کردند.
نمونه‌های شهاب‌سنگ‌های مریخی ابتدا پودر شده و تحت عملیات شیمیایی پیچیده قرار گرفتند. محققان با استفاده از طیف‌سنج جرمی پلاسما چند گردآورنده در مؤسسه سیاره‌شناسی در دانشگاه مونستر، توانستند مقادیر بسیار کمی از ایزوتوپ‌های تیتانیوم، زیرکونیوم و مولیبدن را شناسایی کنند. آنها سپس شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای را برای محاسبه نسبتی انجام دادند که در آن مصالح ساختمانی که امروزه در کندریت‌های کربنی و غیر کربنی یافت می‌شود باید در زمین و مریخ گنجانده شده باشد تا ترکیبات اندازه‌گیری شده آنها را بازتولید کنند. در انجام این کار، آنها دو فاز مختلف برافزایش را در نظر گرفتند تا به ترتیب تاریخچه متفاوت ایزوتوپ‌های تیتانیوم و زیرکونیوم و همچنین ایزوتوپ‌های مولیبدن را توضیح دهند. برخلاف تیتانیوم و زیرکونیوم، مولیبدن عمدتاً در هسته سیاره فلزی تجمع می یابد. بنابراین، مقادیر بسیار کمی که امروزه در لایه‌های بیرونی غنی از سیلیکات یافت می‌شود، تنها در آخرین مرحله رشد سیاره به آن افزوده شده است.
نتایج پژوهشگران نشان می‌دهد که لایه‌های سنگی بیرونی زمین و مریخ اشتراکات کمی با کندریت‌های کربن‌دار بیرونی منظومه شمسی دارند. آنها تنها حدود چهار درصد از اجزای سازنده اصلی هر دو سیاره را تشکیل می‌دهند. پروفسور دکتر تورستن کلاین از دانشگاه مونستر که همچنین مدیر مؤسسه ماکس پلانک است، می‌گوید: «اگر زمین و مریخ اولیه عمدتاً دانه‌های غبار بیرونی منظومه شمسی را جمع کرده بودند، این مقدار باید تقریباً ده برابر بیشتر باشد. تحقیقات منظومه شمسی در گوتینگن او می افزاید: «بنابراین ما نمی‌توانیم این نظریه شکل‌گیری سیارات درونی را تأیید کنیم.
مصالح ساختمانی گم شده
اما ترکیب زمین و مریخ دقیقاً با مواد کندریت‌های غیرکربنی همخوانی ندارد. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان می‌دهد که نوع دیگری از مصالح ساختمانی نیز باید در بازی وجود داشته باشد. کریستف بورکهارت توضیح می‌دهد: «ترکیب ایزوتوپی این نوع سوم از مصالح ساختمانی که توسط شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای ما استنباط می‌شود، نشان می‌دهد که باید از درونی‌ترین ناحیه منظومه شمسی سرچشمه گرفته باشد». از آنجایی که اجسام از چنین نزدیکی به خورشید تقریباً هرگز در کمربند سیارکها پراکنده نشدند، این ماده تقریباً به طور کامل در سیارات داخلی جذب شد و بنابراین در شهابسنگها وجود ندارد. تورستن کلاین می گوید: «به اصطلاح، «مصالح ساختمانی گمشده» است که امروزه دیگر به آن دسترسی مستقیم نداریم.
یافته‌های شگفت‌انگیز پیامدهای مطالعه برای نظریه تشکیل سیاره را تغییر نمی‌دهد. کریستف بورکهارت نتیجه می‌گیرد: «این واقعیت که زمین و مریخ ظاهراً عمدتاً حاوی موادی از درون منظومه شمسی هستند، به خوبی با تشکیل سیاره از برخورد اجرام بزرگ در منظومه شمسی داخلی مطابقت دارد.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Earth and Mars were formed from inner solar system material
by University of Münster DECEMBER 23, 2021
https://phys.org/news/2021-12-earth-mars-solar-material.html