اكتسب النظام الشمسي تكوينه الحالي بعد فترة وجيزة من تكوينه

مرحبا القارئ! اسمي إيرينا ، أنا أقوم بإدارة قناة برقية حول الفيزياء الفلكية وميكانيكا الكم "Quant" . هذه المرة حضرت لك ترجمة لمقال عن عملية تكوين النظام الشمسي إلى الحالة التي نلاحظها الآن (والأهم ، عندما حدث ذلك!)
استمتع بالقراءة.



يظهر نموذج طوره باحثون برازيليون مرحلة فوضوية تضع الأشياء في المدارات الحالية.

تم طرح الفرضية القائلة بأن النظام الشمسي نشأ من سحابة عملاقة من الغاز والغبار لأول مرة في النصف الثاني من القرن الثامن عشر من قبل الفيلسوف الألماني إيمانويل كانط وطورها عالم الرياضيات الفرنسي بيير سيمون دي لابلاس. حاليا ، اجتمع علماء الفلك في هذه المسألة.

لكن ذلك لم يخل من الجدل. حتى وقت قريب ، كان يعتقد أن النظام الشمسي اكتسب ميزاته الحالية نتيجة لفترة من الاضطراب الذي حدث بعد حوالي 700 مليون سنة من تكوينه. ومع ذلك ، تظهر بعض الدراسات الأخيرة أنها تشكلت في الماضي البعيد ، في مرحلة ما خلال المائة مليون عام الأولى.

تقدم دراسة أجراها ثلاثة باحثين برازيليين أدلة قوية على هذا الهيكل المبكر. وفقا لمقال نشر في مجلة إيكاروس ، تم دعم الدراسة من قبل مؤسسة أبحاث ساو باولو - FAPESP. ينتمي جميع المؤلفين إلى كلية البوليتكنيك بجامعة ولاية ساو باولو في Guaratingueta (البرازيل).

المؤلف الرئيسي هو رافائيل ريبيرو دي سوزا. المؤلفان الآخران هما أندريه إيسيدورو فيريرا دا كوستا وإرنستو فييرا نيتو ، الباحث الرئيسي في هذه الدراسة.

قال ريبيرو: "إن كمية كبيرة من البيانات التي تم الحصول عليها نتيجة للمراقبة التفصيلية للنظام الشمسي تسمح لنا بتحديد مسارات العديد من الأجسام التي تدور حول الشمس بدقة". - يسمح لنا هذا الهيكل المداري بكتابة تاريخ تكوين النظام الشمسي. تخرج من سحابة غبار الغاز المحيطة بالشمس منذ حوالي 4.6 مليار سنة ، وتتكون الكواكب العملاقة في مدارات تقع بالقرب من بعضها البعض ، وكذلك أقرب إلى الشمس. كانت المدارات أيضًا أكثر مستوية وأكثر دائرية من الآن ، وأكثر ترابطًا في الأنظمة الديناميكية الرنانة. "إن هذه الأنظمة المستقرة هي على الأرجح النتيجة لديناميكيات الجاذبية لتشكيل الكواكب من أقراص الكواكب الغازية الأولية".

ويتابع إيزيدورو: "الكواكب الأربعة العملاقة - المشتري وزحل وأورانوس ونبتون - خرجت من سحابة غبار الغاز في مدارات أكثر إحكاما." “كانت حركاتهم متزامنة للغاية بسبب الدوائر الرنانة ، حيث صنع المشتري ثلاثة مدارات حول الشمس وزحل اثنان. لقد شاركت جميع الكواكب في هذا التزامن الناتج عن ديناميكيات قرص الغاز الأساسي وديناميكيات الجاذبية للكواكب ".

ومع ذلك ، في جميع أنحاء منطقة تشكيل النظام الشمسي الخارجي ، بما في ذلك المنطقة الواقعة خارج المدارات الحالية لأورانوس ونبتون ، كان لدى النظام الشمسي عدد كبير من الكواكب الصغيرة ، واعتبرت الأجسام الصغيرة من الحجر والجليد كتل بناء للكواكب ومقدمي الكويكبات والمذنبات والأقمار الصناعية.

بدأ القرص الكوكبي الخارجي بإخلال توازن الجاذبية للنظام. تم كسر الرنين بعد مرحلة الغاز ، ودخل النظام فترة من الفوضى حيث تفاعلت الكواكب العملاقة بعنف وألقت المادة في الفضاء.

قال ريبيرو: "تم دفع بلوتو وجيرانه الجليديين إلى حزام كويبر ، حيث هم الآن ، وهاجرت مجموعة الكواكب بأكملها إلى مدارات أبعد من الشمس".

حزام كويبر ، الذي اقترح وجوده في عام 1951 من قبل الفلكي الهولندي جيرارد كويبر وتم تأكيده لاحقًا بالملاحظات الفلكية ، هو هيكل حلقي يتكون من آلاف الأجسام الصغيرة التي تدور حول الشمس.

لا يلاحظ تنوع مداراتها في أي جزء آخر من النظام الشمسي. تبدأ الحافة الداخلية لحزام كويبر في مدار نبتون حوالي 30 وحدة فلكية من الشمس. الحافة الخارجية حوالي 50 وحدة فلكية من الشمس. أحد A.E. تساوي المسافة من الأرض إلى الشمس.

وبالعودة إلى انتهاك التزامن وبداية المرحلة الفوضوية ، يطرح السؤال متى حدث ذلك - في وقت مبكر جدًا من عمر النظام الشمسي ، عندما كان عمره 100 مليون سنة أو أقل ، أو بعد ذلك بكثير ، على الأرجح بعد 700 مليون سنة تقريبًا من تكوين الكواكب؟

قال ريبيرو: "حتى وقت قريب ، سادت فرضية عدم الاستقرار المتأخر". - يشير تاريخ أحجار القمر التي أحضرها رواد أبولو إلى أنه تم إنشاؤها بواسطة الكويكبات والمذنبات التي تحطمت على سطح القمر في نفس الوقت. تُعرف هذه الكارثة باسم "القصف العنيف المتأخر" للقمر. إذا حدث هذا على القمر ، فمن المحتمل أنه حدث أيضًا على الأرض والكواكب الأخرى في النظام الشمسي. نظرًا لأن كمية كبيرة من المادة في شكل كويكبات ومذنبات تم توقعها في جميع الاتجاهات في النظام الشمسي خلال فترة من عدم الاستقرار الكوكبي ، فقد استنتج من الصخور القمرية أن هذه الفترة الفوضوية كانت متأخرة ، ولكن في السنوات الأخيرة كانت فكرة "القصف المتأخر" للقمر قد عفا عليها الزمن. "

وفقًا لريبيرو ، إذا حدثت كارثة فوضوية متأخرة ، فستدمر الأرض والكواكب الأخرى القريبة من الأرض ، أو على الأقل تسبب اضطرابات تضعها في مدارات مختلفة تمامًا عن تلك التي نلاحظها الآن.

بالإضافة إلى ذلك ، تم اكتشاف أن أحجار القمر التي أحضرها رواد أبولو أطلقت على ضربة واحدة. إذا نشأت في نهاية عدم استقرار الكواكب العملاقة ، فسيكون هناك دليل على العديد من التصادمات ، بالنظر إلى تناثر الكواكب العملاقة من قبل الكواكب العملاقة.

"كانت نقطة البداية لدراستنا هي فكرة أنه يجب تأريخ عدم الاستقرار ديناميكيًا. يمكن أن يحدث عدم الاستقرار لاحقًا إذا كانت هناك مسافة كبيرة نسبيًا بين الحافة الداخلية لقرص الكواكب الصغيرة ومدار نبتون عندما تم استنفاد الغاز. وقال ريبيرو "إن هذه المسافة الكبيرة نسبياً غير مقبولة في محاكاة لدينا".

تستند هذه الحجة إلى افتراض بسيط: كلما كانت المسافة بين نبتون والقرص الكوكبي أصغر ، كلما كان تأثير الجاذبية أقوى ، وبالتالي كانت فترة عدم الاستقرار مبكرة. على العكس من ذلك ، يتطلب عدم الاستقرار اللاحق مسافة أكبر.

"لقد أنشأنا أولاً نموذجًا للقرص الكوكبي الأساسي. للقيام بذلك ، كان علينا العودة إلى تشكيل عمالقة الجليد أورانوس ونبتون. أظهرت المحاكاة الحاسوبية القائمة على نموذج أنشأه البروفيسور إيسيدورو [فيريرا دا كوستا] في عام 2015 أن تكوين أورانوس ونبتون ربما حدث في نوى كوكبية ذات كتل أرضية عديدة. قال ريبيرو ، في إشارة إلى "إمالة" أورانوس ، مع وجود القطبين الشمالي والجنوبي على الجانبين ، وليس فوق وتحت.

أشارت دراسات سابقة إلى أهمية المسافة بين مدار نبتون والحدود الداخلية للقرص الكوكبي ، لكنها استخدمت نموذجًا تم فيه تشكيل أربعة كواكب عملاقة بالفعل.

"حداثة هذه الدراسة الأخيرة هي أن النموذج لا يبدأ بكواكب مشكلة بالكامل. وبدلاً من ذلك ، لا يزال أورانوس ونبتون في مرحلة النمو ، واثنان أو ثلاثة تصادمات مع أجسام تزن ما يصل إلى خمس كتل أرضية هي القوة الدافعة وراء النمو.

"تخيل موقفًا يتشكل فيه المشتري وزحل ، ولكن بدلاً من أورانوس ونبتون ، لدينا خمسة إلى عشرة SuperEarths. تُجبر الأرض الفائقة بواسطة الغاز على المزامنة مع المشتري وزحل ، ولكن نظرًا لوجود العديد منها ، تتقلب تزامنها ، وتتصادم في النهاية. التصادمات تقلل من عددها ، مما يجعل المزامنة ممكنة. في النهاية ، بقي أورانوس ونبتون. أثناء تشكل اثنين من عمالقة الجليد في الغاز ، تم امتصاص القرص الكوكبي. تمت إضافة جزء من المسألة إلى أورانوس ونبتون ، وتم نقل جزء إلى ضواحي النظام الشمسي. وهكذا ، حدد نمو أورانوس ونبتون موضع الحدود الداخلية للقرص الكوكبي. ما تبقى من القرص يسمى الآن حزام كويبر. حزام Kuiper هو في الأساس بقايا القرص الأصلي كوكبي.التي كانت أكثر ضخامة. "

يتماشى النموذج المقترح مع المدارات الحالية للكواكب العملاقة والهيكل الملاحظ في حزام كويبر. ويتسق هذا أيضًا مع حركة أحصنة طروادة ، وهي مجموعة كبيرة من الكويكبات التي تشترك في مدار المشتري ، وعلى ما يبدو ، تم القبض عليها أثناء انتهاك التزامن.

وفقًا لمقال نشرته Isidoro في عام 2017 ، لا يزال المشتري وزحل في مرحلة التكوين ، وساهم نموهما في تشريد حزام الكويكبات. المقالة الأخيرة هي نوع من الاستمرارية ، بدءًا من المرحلة التي تم فيها تكوين المشتري وزحل بالكامل ، ولكن لا يزال متزامنًا ، ويصف تطور النظام الشمسي منذ تلك اللحظة.

تسبب تفاعل الجاذبية بين الكواكب العملاقة والقرص الكوكبي في إحداث اضطرابات في قرص الغاز الذي انتشر على شكل موجات. أنشأت الأمواج أنظمة كوكبية مدمجة ومتزامنة. عندما انتهى الغاز ، أدى التفاعل بين الكواكب والقرص الكوكبي إلى تعطيل التزامن وولد مرحلة فوضوية. مع أخذ كل هذا في الاعتبار ، وجدنا أنه ببساطة لا توجد شروط للمسافة بين مدار نبتون والحدود الداخلية للقرص الكوكبي لتصبح أكبر بما يكفي لدعم فرضية عدم الاستقرار المتأخر. وقال ريبيرو إن هذه هي المساهمة الرئيسية لدراستنا ، والتي تظهر أن عدم الاستقرار حدث في المائة مليون سنة الأولى وربما حدث ، على سبيل المثال ، قبل تكوين الأرض والقمر.