Скользящее столкновение: новая гипотеза о происхождении Меркурия
Ученые предложили новое объяснение загадочному строению Меркурия. Эта планета, ближайшая к Солнцу, до сих пор ставит исследователей в тупик. Дело в том, что Меркурий имеет непропорционально большое металлическое ядро, которое составляет около 70% его массы, и относительно тонкую каменистую мантию.
До недавнего времени основной считалась теория о катастрофическом столкновении. Согласно ей, в далеком прошлом Меркурий врезался в крупное небесное тело и в результате потерял значительную часть своей коры и мантии. Однако компьютерные симуляции показывают, что столкновения между телами с очень разной массой — это крайне редкое событие.
Меркурий появился в результате столкновения планет
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, предлагает другую картину. Его авторы считают, что состав Меркурия можно объяснить скользящим столкновением двух протопланет схожих размеров. Такие события были гораздо более частыми на заре формирования Солнечной системы.
Ведущий автор работы Патрик Франко, астроном из Института физики Земли в Париже, объясняет суть нового подхода. По его словам, моделирование показывает, что для формирования Меркурия не нужны какие-то исключительные катастрофы. Столкновение двух протопланет одинаковой массы может объяснить его состав. С точки зрения статистики и динамики такой сценарий выглядит намного более вероятным.
Патрик Франко добавляет, что работа его команды основана на выводах предыдущих исследований. Они показали, что столкновения очень неравных по массе тел крайне редки. А вот столкновения объектов похожих размеров происходят чаще. Целью ученых было как раз проверить, может ли такое более распространенное событие создать планету с характеристиками Меркурия.
Это гипотетическое столкновение могло произойти на довольно позднем этапе формирования Солнечной системы. В то время каменистые тела схожих размеров конкурировали за пространство во внутренних, близких к Солнцу областях. Объекты взаимодействовали гравитационно, мешали друг другу, сталкивались, пока не остались только те стабильные орбиты, которые мы видим сегодня.
Для воссоздания этого сценария исследователи использовали метод компьютерного моделирования, который называется гидродинамика сглаженных частиц. Этот метод позволяет моделировать движение газов, жидкостей и твердых тел, особенно в ситуациях с большими деформациями, столкновениями или разрушениями. В основе метода лежит математический аппарат, который разработал Жозеф Луи Лагранж. Суть его в том, что система описывается через движение каждой отдельной частицы в пространстве с течением времени. Это отличается от подхода Леонарда Эйлера, который рассматривает события в фиксированных точках пространства.
С помощью детального моделирования ученые смогли с высокой точностью воспроизвести и общую массу Меркурия, и его необычное соотношение металлов и силикатов. Погрешность модели составила менее 5%.
Новая теория помогает объяснить, почему у Меркурия при таком большом ядре такая низкая общая масса и почему на нем сохранился лишь тонкий слой каменистых пород. Исследователи предположили, что изначально состав Меркурия был похож на состав других планет земной группы. Столкновение могло сорвать до 60% его первоначальной мантии, что и объясняет повышенное содержание металлов.
Насколько уменьшился Меркурий: подсчитали планетологи
Кроме того, новая модель решает проблему, которая была у предыдущих теорий. В старых сценариях материал, выброшенный при столкновении, снова притягивается планетой и оседает на ней. Если бы это произошло, Меркурий не имел бы нынешнего дисбаланса между ядром и мантией. Патрик Франко утверждает, что в их модели часть выброшенного материала может улететь в космос и никогда не вернуться. Это как раз и сохраняет непропорциональное строение планеты.
Возникает закономерный вопрос: куда делись обломки? Если столкновение произошло на близких орбитах, то есть вероятность, что этот материал был поглощен другой формирующейся планетой, например, Венерой. Патрик Франко отмечает, что это пока лишь гипотеза, которая требует более глубокого изучения.
По словам ученого, предложенную модель можно использовать для исследования формирования и других каменистых планет. Следующие шаги в работе будут включать сравнение результатов моделирования с данными, полученными при анализе метеоритов. Также их сопоставят с образцами, которые соберут космические миссии по изучению Меркурия. Одна из таких миссий — BepiColombo, совместный проект Европейского космического агентства и Японского агентства аэрокосмических исследований.
Самое популярное
