فرضية جديدة قد تفسّر كيفية تشكّل الأرض

هناك نموذج مقبول حاليا باعتباره التفسير الأكثر ترجيحا لكيفية تشكّل الأرض: من التراكم التدريجي للكويكبات. ومع ذلك، هناك بعض الحقائق حول تكوين كوكبنا والتي يصعب تفسيرها.

وكشفت ورقة جديدة، تجمع بين التجريب والنمذجة، عن مسار تشكيل جديد يناسب خصائص الأرض بشكل أكثر دقة.

وقال عالم الكواكب باولو سوسي، من ETH زيورخ في سويسرا: "النظرية السائدة في الفيزياء الفلكية والكيمياء الكونية هي أن الأرض تشكلت من كويكبات غضروفية. وهذه كتل صغيرة نسبيا من الصخور والمعادن تشكلت في وقت مبكر في النظام الشمسي. المشكلة في هذه النظرية هي أنه لا يوجد مزيج من هذه الكوندريت يمكن أن يفسر التركيب الدقيق للأرض، والذي هو أكثر فقرا في العناصر الخفيفة والمتطايرة مثل الهيدروجين والهيليوم مما كنا نتوقعه".

وهناك مجموعة كاملة من علامات الاستفهام حول عملية تكوين الكوكب، لكن العلماء تمكنوا من تجميع صورة عامة معا. وعندما يتشكل نجم من كتلة كثيفة من المادة في سحابة جزيئية من الغبار والغاز في الفضاء، فإن المادة المحيطة به تتشكل في قرص يدور ويتدلى في النجم المتنامي.

وهذا القرص من الغبار والغاز لا يساهم فقط في محيط النجم المتنامي - تتجمع الكثافات الصغيرة داخل تلك الدوامة أيضا في كتل أصغر وأكثر برودة. وتتصادم الجسيمات الصغيرة وتلتصق ببعضها البعض، أولا بالكهرباء الساكنة، ثم بالجاذبية، وتشكل أجساما أكبر وأكبر يمكن أن تنمو في النهاية إلى كوكب. وهذا يسمى نموذج التراكم، وهو مدعوم بقوة بأدلة المراقبة.

ولكن إذا كانت الصخور التي تلتصق ببعضها البعض عبارة عن كوندريت، فهذا يترك سؤالا مفتوحا كبيرا حول العناصر المفقودة الأخف والمتطايرة.

وطرح العلماء تفسيرات مختلفة، بما في ذلك الحرارة المتولدة أثناء الاصطدامات التي يمكن أن تبخر بعض العناصر الأخف.

ومع ذلك، فإن هذا لا يتتبع بالضرورة أيضا: الحرارة ستبخر نظائر أخف من العناصر، مع عدد أقل من النيوترونات، وفقا لعمل تجريبي حديث. لكن النظائر الأخف لا تزال موجودة على الأرض بنسب مماثلة تقريبا لتلك الموجودة في الكوندريت.

لذلك شرع الباحثون في التحقيق في احتمال آخر: أن الصخور التي اجتمعت لصنع الأرض لم تكن كويكبات غضروفية من الجوار المداري العام للأرض، لكنها كواكب صغيرة. هذه أجسام أكبر، "بذور" الكواكب التي نمت إلى حجم كبير بما يكفي ليكون لها نواة متمايزة.

وأجروا محاكاة N-body، غيروا المتغيرات مثل عدد الكواكب الصغيرة، على طول سيناريو "Grand Tack"، حيث يتحرك المشتري أولا بالقرب من الشمس، ثم يعود مرة أخرى إلى موقعه الحالي.

وفي ظل هذا السيناريو، كان لحركة كوكب المشتري في النظام الشمسي المبكر تأثير مزعج للغاية على الصخور الأصغر التي تدور حولها، ما يؤدي إلى تشتيت الكواكب الصغيرة في القرص الداخلي.

وصممت عمليات المحاكاة لإنتاج النظام الشمسي الداخلي الذي نراه اليوم: عطارد والزهرة والأرض والمريخ. ووجد الفريق أن مزيجا متنوعا من الكواكب الصغيرة بتركيبات كيميائية مختلفة يمكن أن يعيد إنتاج الأرض كما نراها اليوم. وفي الواقع، كانت الأرض هي النتيجة الأكثر ترجيحا لعمليات المحاكاة.

وقد يكون لهذا آثار مهمة ليس فقط على النظام الشمسي، وفهم التراكيب المتغيرة للكواكب الصخرية فيها، ولكن أنظمة الكواكب الأخرى في أماكن أخرى من المجرة.

ونُشر بحث الفريق في مجلة Nature Astronomy.