Το μυστήριο του πυρήνα του Ερμή:Θεωρία σύγκρουσης πρώιμου ηλιακού συστήματος
Στο πολυσύχναστο πρώιμο Ηλιακό Σύστημα, νεαροί πλανήτες συχνά συγκρούονταν και ανασχηματίζονταν μεταξύ τους. Ο Μερκούρη όμως ξεχώριζε. Σχηματίστηκε ασυνήθιστα κοντά στον Ήλιο. Οι μέρες του Ερμή είναι μεγαλύτερες από τα χρόνια του. Δεν έχει ατμόσφαιρα και παρόλο που είναι κοντά στον Ήλιο, δεν είναι τόσο ζεστό όσο η Αφροδίτη. Αλλά το πιο περίεργο πράγμα για τον Ερμή είναι ο πυρήνας του. Ο υδράργυρος δεν θα έπρεπε να υπάρχει - ή τουλάχιστον, όχι έτσι.
Ο Ερμής είναι μικροσκοπικός, μόλις μεγαλύτερος από τη Σελήνη. Ο μεταλλικός πυρήνας του αποτελεί το 70% της μάζας του πλανήτη, ξεπερνώντας κατά πολύ το 32% της Γης και το 25% του Άρη. Είναι απίθανο ο πυρήνας να σχηματίστηκε έτσι. Αντίθετα, οι ερευνητές υποπτεύονται ότι ο Ερμής πρέπει να σχηματίστηκε σαν μεγαλύτερος πλανήτης, αλλά με κάποιο τρόπο έχασε μέρος της μάζας του.
Για χρόνια, η καλύτερη εικασία ήταν ότι μια τεράστια πρόσκρουση είχε αφαιρέσει τα περισσότερα από τα εξωτερικά στρώματα του Ερμή. Ωστόσο, νέα έρευνα δείχνει ότι η απάντηση μπορεί να βρίσκεται σε έναν πιο λεπτό, πιο πιθανό τύπο σύγκρουσης:μια κοσμική πλάγια σύγκρουση μεταξύ πλανητικών αδερφών.
Ερμής. Δημόσιος τομέας Ένα μυστήριο σε κοινή θέα
Το λεγόμενο «πρόβλημα του υδραργύρου» είναι ενοχλητικό. Πίσω στη δεκαετία του 1960, οι επίγειες παρατηρήσεις ραντάρ άρχισαν να ρίχνουν νέο φως στον πλανήτη. Μερικές παρατηρήσεις πρότειναν έναν ασυνήθιστα μεγάλο πυρήνα, αλλά δεν ήταν μέχρι το MESSENGER της NASA αποστολή (2010–2015) ότι οι επιστήμονες θα μπορούσαν να το μετρήσουν με ακρίβεια.
Ο MESSENGER μελέτησε τη χημική σύσταση, τη γεωλογία και το μαγνητικό πεδίο του Ερμή. Το MESSENGER δεν «είδε» ποτέ τον πυρήνα του Ερμή απευθείας. Δεν είχε μέσα που θα μπορούσαν να το κάνουν αυτό. Αντίθετα, λειτούργησε σαν ντετέκτιβ, χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό χαρτογράφησης βαρύτητας, παρακολούθησης σπιν και μετρήσεων μαγνητικού πεδίου για να συμπεράνει το μέγεθος και τη δομή. Αυτή η ανάλυση αποκάλυψε έναν τεράστιο, εν μέρει λιωμένο πυρήνα που αποτελεί περίπου το 85% της ακτίνας του Ερμή.
Η κανονική εξήγηση είναι μια αρχαία, καταστροφική σύγκρουση με ένα πολύ μεγαλύτερο σώμα. Αλλά αυτή η ιστορία είχε το δικό της πρόβλημα. «Οι περισσότερες μελέτες υποθέτουν μια δυαδική σύγκρουση μεταξύ σωμάτων ουσιαστικά διαφορετικής μάζας, η οποία φαίνεται να είναι απίθανη σύμφωνα με τις προσομοιώσεις Ν-σώματος», γράφουν ο Patrick Franco και οι συνεργάτες του στο Nature Astronomy .
Με απλά λόγια, οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι τέτοιες συντριβές άνισης μάζας είναι σπάνιες. Για να χτυπήσετε ένα μικρό σώμα όπως ο πρωτο-Ερμής με κάτι έξι φορές μικρότερο ή μεγαλύτερο και να το κάνετε σωστά για να αφαιρέσετε τον βραχώδη μανδύα αλλά να αφήσετε τον μεταλλικό πυρήνα ανέπαφο, θα απαιτούσε τροχιακή γυμναστική που δεν συμβαίνει συχνά.
Έτσι ο Φράνκο και η ομάδα του προσπάθησαν κάτι διαφορετικό.
Η βοσκή
Αντί να φανταστούν τον Ερμή ως έναν τραυματισμένο επιζώντα ενός φρικτού ατυχήματος, οι ερευνητές διερεύνησαν ένα πιο συνηθισμένο γεγονός:μια πρόσκρουση βόσκησης μεταξύ δύο πρωτοπλανήτων παρόμοιου μεγέθους.
«Μέσω της προσομοίωσης, δείχνουμε ότι ο σχηματισμός του Ερμή δεν απαιτεί εξαιρετικές συγκρούσεις», εξήγησε ο Φράνκο σε ένα δελτίο τύπου. "Μια πρόσκρουση βόσκησης μεταξύ δύο πρωτοπλανήτων παρόμοιας μάζας μπορεί να εξηγήσει τη σύνθεσή του. Αυτό είναι ένα πολύ πιο εύλογο σενάριο από στατιστική και δυναμική άποψη."
Χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται υδροδυναμική εξομαλυνόμενων σωματιδίων (SPH), η ομάδα προσομοίωσε εκατοντάδες πλανητικές συγκρούσεις. Η μέθοδος, δημοφιλής στην αστροφυσική, μοντελοποιεί υλικά όπως ο βράχος και το μέταλλο ως εκατομμύρια σωματίδια που μοιάζουν με υγρά που αλληλεπιδρούν υπό τη βαρύτητα και την πίεση. Στόχος τους ήταν να δουν αν μπορούσαν να αφαιρέσουν αρκετό βράχο για να δημιουργήσουν έναν κόσμο που μοιάζει με τον Ερμή—χωρίς να παραβιάσουν τη γνωστή φυσική ή τις πιθανότητες.
Τα κατάφεραν. Μια ιδιαίτερα πολλά υποσχόμενη προσομοίωση αφορούσε έναν πρωτο-Ερμή με 2,36 φορές την τρέχουσα μάζα του Ερμή, που συγκρούεται υπό γωνία 32,5° με έναν ελαφρώς μικρότερο πλανήτη. Το επακόλουθο:ένα κατάλοιπο μόλις 5% μεγαλύτερο από τον υδράργυρο, με αναλογία μετάλλου προς πυριτικό άλας σχεδόν πανομοιότυπη με την πραγματική.
Πού πήγαν τα συντρίμμια;
Σε προηγούμενα μοντέλα κρούσης, το μεγαλύτερο μέρος του βράχου που εκτοξεύτηκε κατά τη σύγκρουση θα έπεφτε πίσω στον Ερμή, αραιώνοντας τον πλούσιο σε μέταλλα πυρήνα του. Αυτό δεν ταίριαζε στις παρατηρήσεις. Αλλά στο μοντέλο του Φράνκο, πολλά από τα συντρίμμια διαφεύγουν εντελώς.
«Ανάλογα με τις αρχικές συνθήκες, μέρος του υλικού που σχίστηκε μπορεί να εκτιναχθεί και να μην επιστρέψει ποτέ», είπε ο Φράνκο. "Εάν η πρόσκρουση συνέβη σε κοντινές τροχιές, μια πιθανότητα είναι ότι αυτό το υλικό ενσωματώθηκε από έναν άλλο πλανήτη σε σχηματισμό, ίσως την Αφροδίτη."
Αυτή η ιδέα ταιριάζει με όσα γνωρίζουμε για την πλανητική δυναμική στο πρώιμο ηλιακό σύστημα. Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι αυτοί οι τύποι συγκρούσεων βόσκησης, γνωστές ως κρούσεις χτυπήματος και φυγής, ήταν συνηθισμένοι κατά τα πρώτα 100 εκατομμύρια χρόνια σχηματισμού πλανητών. Τα πλανητικά έμβρυα τραντάζονταν και χτυπούσαν το ένα πάνω στο άλλο σαν κοσμικές μπάλες μπιλιάρδου, ανταγωνίζονται για το διάστημα και τη μάζα.
«Ήταν ένα πλανητικό πεδίο μάχης», δήλωσε ο Φράνκο. "Ήταν εξελισσόμενα αντικείμενα, μέσα σε ένα φυτώριο πλανητικών εμβρύων, που αλληλεπιδρούν βαρυτικά, διαταράσσουν το ένα τις τροχιές του άλλου, ακόμη και συγκρούονταν, μέχρι που παρέμειναν μόνο οι καλά καθορισμένες και σταθερές τροχιακές διαμορφώσεις που γνωρίζουμε σήμερα."
Πολύ πιθανό
Αυτό που κάνει αυτό το νέο σενάριο να ξεχωρίζει είναι η στατιστική του αληθοφάνεια. Δεν έχουμε αποδεικτικά στοιχεία τύπου «όπλο καπνίσματος», αλλά φαίνεται πιο εύλογο. Σε αντίθεση με τη σπάνια υπόθεση της πρόσκρουσης των γιγάντων, η οποία απαιτεί εξαιρετικά έκκεντρες τροχιές και ένα σχεδόν αδύνατον σύνολο συνθηκών, οι κρούσεις βόσκησης μεταξύ αντικειμένων παρόμοιου μεγέθους συμβαίνουν σε έως και 20% των προσομοιώσεων πλανητικών σχηματισμών.
Ακόμα καλύτερα, τα νέα μοντέλα δεν χρειάζεται να υποθέτουν ένα περίεργο χημικό περιβάλλον. «Υποθέσαμε ότι ο Ερμής θα είχε αρχικά μια σύνθεση παρόμοια με αυτή των άλλων επίγειων πλανητών», είπε ο Φράνκο. Η σύγκρουση από μόνη της είναι αρκετή για να αφαιρέσει το 60% του μανδύα και να αφήσει πίσω έναν κόσμο βαρύ για τον πυρήνα.
Οι ερευνητές δοκίμασαν δεκάδες διαμορφώσεις, τροποποιώντας τις γωνίες και τις ταχύτητες κρούσης. Βρήκαν μια στενή ζώνη συγκρούσεων «Goldilocks» —όχι πολύ άμεσες, ούτε πολύ ρηχές— που παρήγαγαν σταθερά ανάλογα του Ερμή. Σε μια προσομοίωση, σχηματίστηκε ένα υπόλειμμα με μάζα 0,056 μάζες γης και έναν πυρήνα που αποτελεί το 68% του βάρους του. Η πραγματική μάζα του υδραργύρου; 0,055. Ο πυρήνας του; Περίπου 70%.
Ο υδράργυρος έχει διάμετρο περίπου 2.400 km και πυρήνα 1.800 km. Η Γη έχει διάμετρο περίπου 12.700 km και έχει έναν πυρήνα περίπου 7.000 km σε διάμετρο. Πίστωση:NASA/Wikimedia Commons Αλλά η πραγματικότητα είναι ότι ακόμα και όταν οι προσομοιώσεις δίνουν μια πιο ξεκάθαρη εικόνα, ακόμα αρχίζουμε να κατανοούμε τον Ερμή.
Τι γίνεται με τα πτητικά στοιχεία του πλανήτη—χημικές ουσίες όπως το κάλιο και το θείο που δεν θα έπρεπε να έχουν επιβιώσει από μια τεράστια πρόσκρουση κοντά στον Ήλιο; MESSENGER τα βρήκαν στην επιφάνεια, μπερδεύοντας τους επιστήμονες. Η τρέχουσα μελέτη δεν λύνει αυτόν τον γρίφο, αλλά ανοίγει ένα μονοπάτι.
«Ακόμη και αν το μεγαλύτερο μέρος του πτητικού περιεχομένου αφαιρέθηκε από μια γιγαντιαία πρόσκρουση», σημειώνει η μελέτη, «ο υδράργυρος θα μπορούσε να έχει υποστεί επακόλουθες μη διαβρωτικές κρούσεις από κομήτες ή εναπομείναντα πλανητοειδείς, που παρέδωσαν πτητικό υλικό στην επιφάνειά του».
Και έρχονται κι άλλα. Το 2026, η ευρωπαϊκή-ιαπωνική αποστολή BepiColombo θα φτάσει στον Ερμή, εξοπλισμένο με όργανα που μπορούν να κοιτάξουν βαθιά στη βαρύτητα και τα μαγνητικά πεδία του πλανήτη, αποκαλύπτοντας πιθανώς την πλήρη δομή του αινιγματικού πυρήνα του.
«Ο Ερμής παραμένει ο λιγότερο εξερευνημένος πλανήτης στο σύστημά μας», είπε ο Φράνκο. "Αλλά αυτό αλλάζει. Υπάρχει μια νέα γενιά έρευνας και αποστολών σε εξέλιξη και πολλά ενδιαφέροντα πράγματα δεν έχουν ακόμη έρθει."
