|
Столкновение двух тел объяснило образование Меркурия
|
|
|
|
Образование Меркурия остается неразгаданной тайной. Ближайшая к солнцу планета имеет непропорционально большое металлическое ядро, на долю которого приходится около 70% ее массы, и относительно небольшую каменистую мантию. До сих пор наиболее распространенным объяснением было то, что Меркурий потерял большую часть своей коры и мантии в результате катастрофического столкновения с крупным небесным телом. Однако динамическое моделирование показывает, что такого рода столкновения с телами очень разной массы происходят крайне редко.
|
|
|
|
В новом исследовании предлагается альтернативное объяснение, основанное на типе событий, которые были гораздо более распространены в ранней Солнечной системе, — столкновениях тел с близкими массами. Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.
|
|
|
|
Первым автором исследования был Патрик Франко, астроном, получивший степень доктора философии в Национальной обсерватории Бразилии и научный сотрудник Института физики земного шара в Париже во Франции.
|
|
|
|
"С помощью моделирования мы показываем, что образование Меркурия не требует исключительных столкновений. Столкновение двух протопланет одинаковой массы может объяснить его состав. Это гораздо более правдоподобный сценарий со статистической и динамической точек зрения", - говорит Франко.
|
|
|
|
|
|
|
"Наша работа основана на выводах, сделанных в ходе предыдущих симуляций, о том, что столкновения между очень неравномерными телами - чрезвычайно редкие события. Столкновения между объектами одинаковой массы происходят чаще, и цель исследования состояла именно в том, чтобы проверить, способны ли эти столкновения привести к образованию планеты с характеристиками, наблюдаемыми у Меркурия".
|
|
|
|
Это возможное столкновение произошло бы на относительно поздней стадии формирования Солнечной системы, когда скалистые тела одинаковых размеров боролись за пространство во внутренних областях, расположенных ближе к Солнцу.
|
|
|
|
"Это были эволюционирующие объекты, находящиеся в недрах планетарных зародышей, которые взаимодействовали гравитационно, смещали орбиты друг друга и даже сталкивались, пока не остались только четко определенные и стабильные орбитальные конфигурации, известные нам сегодня", - объясняет Франко.
|
|
|
|
Чтобы воссоздать этот гипотетический сценарий, исследователи использовали численный метод, называемый "гидродинамикой сглаженных частиц" (SPH). SPH может моделировать движение газов, жидкостей и твердых материалов, особенно в условиях, связанных с большими деформациями, столкновениями или фрагментацией.
|
|
|
|
Широко используемый в космологии, астрофизике и планетарной динамике, а также в инженерии и компьютерной графике, этот метод использует функцию Лагранжа, которая была разработана Джозефом Луи Лагранжем (1736-1813). Эта функция описывает эволюцию системы, рассматривая, как каждая составляющая точка или частица индивидуально перемещается в пространстве с течением времени.
|
|
|
|
В отличие от эйлерова формализма (разработанного Леонардом Полом Эйлером, 1707-1783), который наблюдает за тем, что происходит в неподвижных точках пространства, функция Лагранжа следует "точке зрения" движущейся частицы.
|
|
|
|
"Благодаря детальному моделированию в программе smoothed particle hydrodynamics мы обнаружили, что можно с высокой точностью воспроизвести как общую массу Ртути, так и ее необычное соотношение металлов и силикатов. Погрешность модели составила менее 5%", - говорит Франко.
|
|
|
|
Это предложение помогает объяснить, почему общая масса Меркурия невелика, несмотря на его большое металлическое ядро, и почему он содержит лишь тонкий слой каменистого материала. =
|
|
|
|
"Мы предположили, что Меркурий изначально должен был иметь состав, аналогичный составу других планет земной группы. В результате столкновения с ним было удалено до 60% его первоначальной мантии, что объясняет его повышенную металличность", - объясняет исследователь.
|
|
|
|
Где находятся обломки?
|
|
|
|
Кроме того, новая модель позволяет избежать ограничений предыдущих сценариев.
|
|
|
|
"В этих сценариях материал, оторвавшийся во время столкновения, восстанавливается самой планетой. Если бы это было так, у Меркурия не было бы нынешней диспропорции между ядром и мантией. Но в предлагаемой нами модели, в зависимости от начальных условий, часть оторвавшегося материала может быть выброшена и никогда не вернуться обратно, что сохраняет диспропорцию между ядром и мантией", - утверждает Франко.
|
|
|
|
Очевидный вопрос в данном случае заключается в том, куда делся выброшенный материал.
|
|
|
|
"Если столкновение произошло на близлежащих орбитах, то одна из возможностей заключается в том, что этот материал был внесен другой планетой в процессе формирования, возможно, Венерой. Это гипотеза, которая все еще нуждается в более глубоком изучении", - говорит исследователь.
|
|
|
|
По словам Франко, предложенная модель может быть расширена для изучения формирования других каменистых планет и способствовать нашему пониманию процессов дифференциации и потери материала в ранней Солнечной системе. Следующие шаги в исследовании должны включать сравнение с геохимическими данными метеоритов и образцами, полученными в ходе космических миссий, которые изучали Меркурий, таких как BepiColombo, совместная инициатива Европейского космического агентства (ESA) и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA).
|
|
|
|
"Меркурий остается наименее изученной планетой в нашей солнечной системе. Но ситуация меняется. Сейчас проводится новое поколение исследований и миссий, и много интересного еще впереди", - говорит Франко.
|
|
|
|
Источник
|
