لماذا يمتلك عطارد قلبًا حديديًا كبيرًا؟ المغناطيسية!

تناقض دراسة جديدة الفرضية السائدة حول سبب امتلاك عطارد لب كبير بالنسبة إلى غلافه (الطبقة الواقعة بين قلب الكوكب والقشرة). لعقود من الزمان ، جادل العلماء بأن اصطدام الكر والفر مع أجسام أخرى أثناء تكوين نظامنا الشمسي قد أدى إلى تطاير جزء كبير من الوشاح الصخري لعطارد وترك اللب المعدني الكبير والكثيف بالداخل. لكن بحثًا جديدًا يكشف أن الاصطدامات ليست مسؤولة – فمغناطيسية الشمس هي السبب.

طور ويليام ماكدونو ، أستاذ الجيولوجيا بجامعة ماريلاند ، وتاكاشي يوشيزاكي من جامعة توهوكو نموذجًا يوضح أن الكثافة والكتلة و حديد يتأثر محتوى قلب كوكب صخري ببعده عن المجال المغناطيسي للشمس. نُشرت الورقة التي تصف النموذج في 2 يوليو 2021 في المجلة التقدم في علوم الأرض والكواكب.

“الأربعة الداخلية الكواكب قال ماكدونو إن نظامنا الشمسي – عطارد والزهرة والأرض والمريخ – يتكون من نسب مختلفة من المعدن والصخور. وهناك تدرج ينخفض ​​فيه المحتوى المعدني في القلب كلما ابتعدت الكواكب عن شمس. تشرح ورقتنا كيف حدث ذلك من خلال إظهار أن توزيع المواد الخام في النظام الشمسي المبكر تم التحكم فيه بواسطة المجال المغناطيسي للشمس “.

طور ماكدونو سابقًا نموذجًا لتكوين الأرض يستخدمه علماء الكواكب بشكل شائع لتحديد تكوين الكواكب الخارجية. (تم الاستشهاد بورقته الأساسية حول هذا العمل أكثر من 8000 مرة.)

يُظهر نموذج ماكدونو الجديد أنه خلال التكوين المبكر لنظامنا الشمسي ، عندما كانت الشمس الفتية محاطة بسحابة دوامة من الغبار والغاز ، تم سحب حبيبات الحديد نحو المركز بواسطة المجال المغناطيسي للشمس. عندما بدأت الكواكب في التكون من كتل من هذا الغبار والغاز ، قامت الكواكب القريبة من الشمس بدمج المزيد من الحديد في قلبها أكثر من تلك البعيدة.

وجد الباحثون أن كثافة ونسبة الحديد في قلب كوكب صخري ترتبط بقوة المجال المغناطيسي حول الشمس أثناء تكوين الكواكب. تقترح دراستهم الجديدة أن المغناطيسية يجب أن تؤخذ في الاعتبار في المحاولات المستقبلية لوصف تكوين الكواكب الصخرية ، بما في ذلك تلك الموجودة خارج نظامنا الشمسي.

يعتبر تكوين قلب الكوكب مهمًا لقدرته على دعم الحياة. على الأرض ، على سبيل المثال ، يخلق لب الحديد المنصهر غلافًا مغناطيسيًا يحمي الكوكب من الأشعة الكونية المسببة للسرطان. يحتوي اللب أيضًا على غالبية الفوسفور الموجود على الكوكب ، وهو عنصر غذائي مهم للحفاظ على الحياة القائمة على الكربون.

باستخدام النماذج الحالية لتكوين الكواكب ، حدد ماكدونو السرعة التي يتم بها سحب الغاز والغبار إلى مركز نظامنا الشمسي أثناء تكوينه. لقد أخذ في الحسبان المجال المغناطيسي الذي كان من الممكن أن تولده الشمس عندما تنفجر إلى الوجود وحساب كيف يمكن لهذا المجال المغناطيسي أن يسحب الحديد عبر سحابة الغبار والغاز.

عندما بدأ النظام الشمسي المبكر يبرد ، بدأ الغبار والغاز الذي لم ينجذب إلى الشمس في التكتل معًا. قد تتعرض الكتل الأقرب للشمس إلى مجال مغناطيسي أقوى ، وبالتالي ستحتوي على حديد أكثر من تلك البعيدة عن الشمس. ومع اندماج الكتل وتبريدها لتصبح كواكب دوارة ، تسحب قوى الجاذبية الحديد إلى قلبها.

عندما أدرج ماكدونو هذا النموذج في حسابات تكوين الكواكب ، كشف عن تدرج في محتوى المعادن وكثافتها يتوافق تمامًا مع ما يعرفه العلماء عن الكواكب في نظامنا الشمسي. يحتوي عطارد على قلب معدني يشكل حوالي ثلاثة أرباع كتلته. لا يمثل نواة الأرض والزهرة سوى ثلث كتلتهما ، بينما يمتلك المريخ ، الأبعد من الكواكب الصخرية ، كوكبًا صغيرًا النواة هذا فقط حوالي ربع كتلته.

هذا الفهم الجديد للدور الذي تلعبه المغناطيسية في تكوين الكواكب يخلق عقبة في دراسة الكواكب الخارجية ، لأنه لا توجد حاليًا طريقة لتحديد الخصائص المغناطيسية للنجم من الملاحظات المستندة إلى الأرض. يستنتج العلماء تكوين كوكب خارج المجموعة الشمسية بناءً على طيف الضوء المنبعث من شمسه. تُصدر العناصر المختلفة في النجم إشعاعات بأطوال موجية مختلفة ، لذا فإن قياس تلك الأطوال الموجية يكشف عما يتكون منه النجم ، ومن المفترض أن الكواكب المحيطة به.

قال ماكدونو: “لم يعد بإمكانك أن تقول فقط ،” أوه ، تكوين النجم يبدو هكذا ، لذا يجب أن تبدو الكواكب المحيطة به هكذا “. “الآن عليك أن تقول ،” يمكن أن يحتوي كل كوكب على قدر أكثر أو أقل من الحديد بناءً على الخصائص المغناطيسية للنجم في النمو المبكر للنظام الشمسي. “

تتمثل الخطوات التالية في هذا العمل في أن يجد العلماء نظامًا كوكبيًا آخر مثل نظامنا – نظام به كواكب صخرية منتشرة على مسافات واسعة من الشمس المركزية. إذا انخفضت كثافة الكواكب عندما تنطلق من الشمس كما هو الحال في نظامنا الشمسي ، يمكن للباحثين تأكيد هذه النظرية الجديدة واستنتاج أن المجال المغناطيسي قد أثر على تكوين الكواكب.

نُشرت الورقة البحثية ، “تركيبات الكواكب الأرضية التي يتحكم فيها المجال المغناطيسي للقرص التراكمي ،” McDonough، WF and Yoshizaki، T. ، في 2 يوليو 2021 ، في المجلة. التقدم في علوم الأرض والكواكب.