شهاب‌سنگ‌هایی که به شکل‌گیری زمین کمک کردند، ممکن است در بیرون منظومه شمسی شکل گرفته باشند!!

تصویر هنری از کمربند سیارکی. اعتبار: NASA/JPL-Caltech

اعتقاد بر این است که منظومه شمسی ما از ابری از گاز و غبار به نام سحابی خورشیدی، تشکیل شده است که از 4.6 بیلیون سال پیش شروع به متراکم شدن کرد. هنگامی که این ابر منقبض شد، شروع به چرخش کرد و خود را به شکل صفحه‌ای در آورد که حول بالاترین جرم گرانشی در مرکز خود می‌چرخد که تبدیل به خورشید ما می‌شود. منظومه شمسی ما تمام ترکیبات شیمیایی خود را از یک ستاره یا ستارگان قبلی که به صورت ابرنواختر منفجر شدند به ارث برده است. خورشید ما یک نمونه کلی از این ماده را در حین شکل گیری از بین برد، اما مواد باقیمانده در دیسک بر اساس تمایل آن به یخ زدن در دمای معین شروع به مهاجرت کردند.

همانطور که خورشید به اندازه کافی متراکم شد تا واکنشهای همجوشی هسته‌ای را آغاز کند و تبدیل به یک ستاره شود، نمونه کلی این ماده را در حین شکل‌گیری از بین برد، اما باقیمانده‌های موجود در دیسک مواد جامدی را برای تشکیل اجسام سیاره‌ای بر اساس تمایل آن به یخ زدن در یک زمان معین تشکیل دادند. همانطور که خورشید به دیسک اطراف تابش کرد، یک گرادیان گرما در منظومه شمسی اولیه ایجاد کرد. به همین دلیل، سیارات درونی، عطارد، زهره، زمین و مریخ، عمدتاً سنگی هستند (بیشتر از عناصر سنگینتر مانند آهن، منیزیم و سیلیکون تشکیل شده‌اند)، در حالی که سیارات بیرونی عمدتاً از عناصر سبک‌تر به‌ویژه هیدروژن، هلیوم، کربن، نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده‌اند.

اعتقاد بر این است که زمین تا حدی از شهاب‌سنگ‌های کربنی شکل گرفته است که تصور می‌شود از سیارک‌های بیرونی کمربند اصلی می‌آیند. مشاهدات تلسکوپی سیارک‌های کمربند اصلی بیرونی یک ویژگی بازتابی مشترک 3.1 میکرومتری را نشان می‌دهد که نشان می‌دهد لایه‌های بیرونی آن‌ها میزبان یخ‌های آب یا رس‌های آمونیومی یا هر دو هستند که فقط در دماهای بسیار پایین پایدار هستند. جالب توجه است، اگرچه شواهد نشان می‌دهد که شهاب‌سنگ‌های کربنی از چنین سیارک‌هایی مشتق شده‌اند، شهاب‌سنگ‌های کشف‌شده روی زمین به طور کلی فاقد این ویژگی هستند. بنابراین کمربند سیارکی سوالات زیادی را برای ستاره‌شناسان و دانشمندان سیاره‌شناسی ایجاد می‌کند.

یک مطالعه جدید به رهبری محققان موسسه علوم زمین-حیات (ELSI) در موسسه فناوری توکیو نشان می‌دهد که این مواد سیارکی ممکن است در منظومه شمسی اولیه بسیار دور شکل گرفته باشند و سپس با فرآیندهای اختلاط آشفته به درون منظومه شمسی منتقل شده باشند. در این مطالعه، ترکیبی از مشاهدات سیارکی با استفاده از تلسکوپ فضایی ژاپنی AKARI و مدل‌سازی نظری واکنش‌های شیمیایی در سیارک‌ها نشان می‌دهد که کانی‌های سطحی موجود در سیارک‌های کمربند اصلی بیرونی، به‌ویژه رس‌های حاوی آمونیاک (NH3) از مواد اولیه حاوی تشکیل می‌شوند. یخ NH3 و CO2 که فقط در دمای بسیار پایین و در شرایط غنی از آب پایدار هستند. بر اساس این نتایج، این مطالعه جدید پیشنهاد می‌کند که سیارک‌های بیرونی کمربند اصلی در مدارهای دور شکل گرفته و برای تشکیل مواد معدنی مختلف در گوشته‌های غنی از آب و هسته‌های تحت سلطه سنگ متمایز شده‌اند.

(الف) عمق جذب 3.1 میکرومتر (محور افقی) که نشان دهنده وجود فیلوسیلیکات‌های آمونیوم است. سیاه: سیارکهای مشاهده شده توسط AKARI. نارنجی: شهاب‌سنگ‌های مشتق شده از سیارک‌های نوع C. آبی: نتایج محاسبات نظری برای ترکیب اولیه، از جمله یخ آمونیاکی (عدد نسبت آب به سنگ و مطابق با محور افقی در شکل 3b) است. (ب) خطوط سیاه: بازتاب سیارکهایی که جذب 3.1 میکرومتر را نشان می‌دهند. خط آبی: بازتاب ترکیبات معدنی حاوی فیلوسیلیکاتهای آمونیوم که از محاسبات نظری به دست می‌آید. خط بنفش: بازتاب یک سیارک پوشیده از یخ آب است که از محاسبات نظری به دست آمده است. مکان هایی که سه ویژگی اصلی جذب ظاهر می‌شوند با مناطق رنگی نشان داده می‌شوند. منطقه قرمز در حدود 2.7μm: مواد معدنی آبدار. ناحیه آبی در حدود 3.1 میکرومتر: فیلوسیلیکات آمونیوم یا یخ آب. مناطق سبز در حدود 3.4 میکرومتر و 4.0 میکرومتر: کربنات. اعتبار: Kurokawa و همکاران، 2022، AGU Advances

برای درک منبع اختلاف در طیفهای اندازه‌گیری شده شهاب‌سنگ‌ها و سیارکهای کربنی، این تیم با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، تکامل شیمیایی چندین مخلوط اولیه محتمل طراحی شده برای شبیه‌سازی مواد اولیه سیارکی را مدل‌سازی کردند. سپس از این مدل‌های کامپیوتری برای تولید طیفهای بازتابی شبیه‌سازی شده برای مقایسه با طیف‌های به‌دست‌آمده از طریق تلسکوپی استفاده کردند.

مدل‌های آن‌ها نشان داد که برای مطابقت با طیف سیارک‌ها، ماده اولیه باید حاوی مقدار قابل‌توجهی آب و آمونیاک، فراوانی نسبتاً کم CO2 باشد و در دمای کمتر از 70 درجه سانتی‌گراد واکنش نشان دهد که مبین این است که سیارک‌ها بسیار دورتر از آن شکل گرفته‌اند. مکان فعلی آنها در منظومه شمسی اولیه در مقابل، فقدان ویژگی 3.1 میلی‌متری در شهاب‌سنگ‌ها را می‌توان به واکنش احتمالاً عمیق‌تر در داخل سیارک‌ها نسبت داد، جایی که دما به مقادیر بالاتری می‌رسد، بنابراین، شهاب‌سنگ‌های بازیابی شده ممکن است بخش‌های عمیق‌تری از سیارک‌ها را نمونه‌برداری کنند.

ترکیبات معدنی به دست آمده از محاسبات نظری واکنش‌های شیمیایی بین آب و سنگها. الف) مواد اولیه فقط حاوی آب و سنگ هستند. هیچ فیلوسیلیکات آمونیومی در هیچ شرایطی تشکیل نمی‌شود. (ب) مواد اولیه آب با یخ آمونیاک و یخ خشک و سنگ است. هنگامی که نسبت آب به سنگ (نسبت جرم) بالا باشد، یعنی نسبت آب زیاد باشد، فیلوسیلیکات‌های آمونیم تشکیل می‌شوند (خط نقطه چین آبی روشن). اعتبار: Kurokawa و همکاران، 2022، AGU Advances

اگر این امر درست باشد، این مطالعه نشان می‌دهد که شکل‌گیری زمین و خواص منحصربه‌فرد ناشی از جنبه‌های عجیب شکل‌گیری منظومه شمسی است. چندین فرصت برای آزمایش این مدل وجود خواهد داشت، به عنوان مثال، این مطالعه پیش‌بینی‌هایی را برای آنچه ارائه می‌کند که تجزیه و تحلیل نمونه‌های بازگشتی هایابوسا 2 پیدا خواهد کرد. این منشا دور سیارکها، در صورت صحت، پیش بینی می‌کند که نمکها و مواد معدنی آمونیومی در نمونه‌های برگشتی هایابوسا 2 وجود خواهد داشت. بررسی بیشتر این مدل با تجزیه و تحلیل مواد برگشتی از ماموریت اوسیریس ـ رکس ناسا ارائه خواهد شد.

سناریویی برای شکل‌گیری و تکامل سیارک‌های نوع C برگرفته از این مطالعه. اعتبار: Kurokawa و همکاران، 2022، AGU Advances

این مطالعه همچنین بررسی کرد که آیا شرایط فیزیکی و شیمیایی در سیارکهای کمربند اصلی بیرونی باید بتواند کانی‌های مشاهده‌شده را تشکیل دهد. منشأ سرد و دور سیارک‌های پیشنهادی نشان می‌دهد که باید شباهت قابل توجهی بین سیارکها و دنباله‌دارها وجود داشته باشد و سؤالاتی در مورد چگونگی تشکیل هر یک از این نوع اجرام ایجاد می‌کند.

این مطالعه نشان می‌دهد که موادی که زمین را تشکیل داده‌اند ممکن است در اوایل منظومه شمسی بسیار دور شکل گرفته باشند و سپس در طول تاریخ پرتلاطم اولیه منظومه شمسی به داخل آورده شده‌اند. مشاهدات اخیر دیسک‌های پیش سیاره‌ای توسط آرایه میلی‌متری/زیر میلی‌متری آتاکاما (ALMA) ساختارهای حلقه‌دار زیادی را پیدا کرده است که گمان می‌رود مشاهدات مستقیم شکل‌گیری سیاره‌ای کوچک باشند. همانطور که هیرویوکی کوروکاوا، نویسنده اصلی، کار را خلاصه می‌کند، «اینکه آیا شکل‌گیری منظومه شمسی ما یک نتیجه معمولی است، هنوز مشخص نیست، اما اندازه‌گیری‌های متعدد نشان می‌دهند که ممکن است به زودی بتوانیم تاریخ کیهانی خود را به نگارش درآوریم».

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Meteorites that helped form Earth may have formed in the outer solar system

by Tokyo Institute of Technology MARCH 14, 2022

https://phys.org/news/2022-03-meteorites-earth-outer-solar.html