8 دقیقه
تصور کنید یک حلقه باریک و پایدار از ماده درست بیرون از مدار مشتری متوقف شده است، جایی که گرد و غبار مانند شن در برابر دیوارهای دریایی جمع میشود. سنگریزههای کوچک گرد میآیند. خوشهها شکل میگیرند. در طول میلیونها سال، آن خوشهها به بلوکهای خام سازنده سیارات و سیارکها تبدیل میشوند.
درست بیرون از مدار مشتری، یک منطقه حلقوی با فشار بالای گاز شکل گرفت. در این «دام گرد و غبار»، طی چند میلیون سال، میتوانستند سیارهسازهایی با ترکیبهای مختلف شکل بگیرند.
جایی که جهانها آغاز میشوند: دام گرد و غبار بیرون از مشتری
سامانه خورشیدی اولیه یک کارگاه یکنواخت نبود. بلکه محیطی نامرتب و پویا بود که در آن شرایط محلی اهمیت داشت. شبیهسازیهای تازه از پژوهشگران مؤسسه ماکس پلانک برای پژوهش سامانه خورشیدی نشان میدهد که یک منطقه حلقهای بیرون از مشتری مانند یک کف کارخانه با خطوط تولید متغیر رفتار کرده است. آن حلقه، گرد و غبار و سنگریزههای در حال رانش را در یک برجستگی فشارِ پایا متمرکز کرد، چیزی که به آن دام گرد و غبار میگویند.
چرا این مهم است؟ زیرا یک دام گرد و غبار قواعد بازی را تغییر میدهد. ذرات ریز معمولاً به سمت خورشید مارپیچ میزنند. در یک برجستگی فشار، جریان گاز کند میشود و حتی معکوس میگردد و آن رانش به سمت داخل را متوقف میکند. ماده تجمع مییابد. در شبیهسازیها، این امر باعث تولید خوشههای فشرده سنگریزهای شد که میتوانستند بسیار سریعتر از نواحی اطراف دیسک به سیارهسازها فروبلور (واکنشپذیری به فروپاشی) تبدیل شوند.
گروههای مختلف کندریتهای کربناتی (گروههای CO، CV، CM، TL، CI و CR) را میتوان به نسلهای متفاوت سیارهساز نسبت داد که در بازهای تقریباً دو میلیون سال شکل گرفتهاند. آنها در نسبتهای مادهٔ دانهریز (اینجا با رنگ آبی نشان داده شده) و شمولیتها (اینجا با رنگ قهوهای نشان داده شده) متفاوتاند.
مطالعه بر دورهای متمرکز است که حدود دو تا چهار میلیون سال پس از روشن شدن خورشید رخ میدهد. تا آن زمان، مشتری پیش از این مواد نزدیک در دیسک را یا پاک کرده یا بازآرایی کرده بود و یک شکاف باز کرده بود. به نظر میرسد آن شکاف برجستگی فشار را درست بیرون از مدار مشتری ایجاد کرده بود. طی چند میلیون سال، آن دام نسلهای متعددی از سیارهسازها با ترکیبهای بهطور قابلتوجهی متفاوت تولید کرد.
شبیهسازی رشد جامدات در گسترهٔ زمان و مقیاس
تیم از مدلهای عددی چندمقیاسی استفاده کرد که برخوردهای ذرات منفرد را دنبال میکنند و همزمان انتقال گاز و گرد و غبار در سراسر دیسک پروتواستارهای را نیز رصد میکنند. ذرات میتوانند به هم بچسبند، متلاشی شوند، به سمت داخل رانش یابند، یا توسط ناپایداریهای محلی متمرکز شوند. توازن این فرآیندها در طول زمان تغییر میکند.
در ابتدا، دام خوشههای بزرگتر و مقاومتری را جمع میکرد که نزدیکتر به خورشید یا در نواحی داغتر دیسک شکل گرفته بودند. بعدها، گرد و غبار دانهریز و شکننده سهم بیشتری از تأمین را به دست آورد. اثر خالص این بود که جمعیتهای متمایزی از سیارهسازها در همان مکان فضایی ولی در زمانهای متفاوت پدید آمدند.
کندریتهای کربناتی میتوانند شکلهای بسیار متفاوتی داشته باشند. برخی، مانند شهابسنگ آلنده که در اینجا نشان داده شده، مقدار بالایی از شمولیتهای قابلشناسایی دارند.
این الگو با شهابسنگهایی که روی زمین بازیابی شدهاند همخوانی دارد. کندریتهای کربناتی در چند گروه با نسبتهای متفاوت مادهٔ دانهریز و شمولیتهای بزرگتر وجود دارند. شبیهسازیها این تفاوتها را بازتولید میکنند و با ایجاد چندین دورهٔ تشکیل در داخل دام گرد و غبار این تضادها را توضیح میدهند. به عبارت دیگر، یک مکان توانست گونههای مختلفی از سنگهای اولیه را تولید کند.
آنچه شهابسنگها دربارهٔ کارگاههای باستانی به ما میگویند
شهابسنگها کپسولهای زمانی هستند. بیشتر آنها قطعاتی از سیارهسازهای کهناند که از زمان تولد سامانه خورشیدی کاملاً دوبارهکار نشدهاند. کندریتهای کربناتی بهویژه ارزشمندند زیرا شیمی و ساختار آنها اطلاعاتی دربارهٔ دما، ترکیب و زمانبندی شکلگیری را حفظ کرده است.
ترتیبهایی که در شبیهسازیها بهدست آمد با مطالعات آزمایشگاهی همخوانی دارد که نشان میدهد برخی انواع کربناتی شکنندهاند و عمدتاً از مادهٔ دانهریز تشکیل شدهاند، در حالی که دیگران شمولیتهای متمایزی دارند، دانههای بازماندهای که در شرایط داغتر و زودتر شکل گرفتهاند. پژوهشگران این تفاوتها را به اختلاط و تکامل زمانی مواد داخل دام گرد و غبار نسبت دادند.
دیگران، مانند شهابسنگ ایوونا، تقریباً بهطور کامل از مادهٔ دانهریز و شکننده تشکیل شدهاند. کپسول نشاندادهشده در اینجا تنها حدود یک سانتیمتر طول دارد و حاوی چند دانه از این شهابسنگ بسیار نادر است.
نکتهٔ مهم این است که حضور مشتری نقش دوگانهای ایفا کرد. مشتری یک شکاف محلی پاک کرد و یک ماکزیمم فشار ایجاد کرد که جمعآورندهٔ مؤثری برای جامدات ریز بود، اما همچنین مانند یک مانع عمل کرد که بر اساس اندازهٔ ذره تفکیک انجام میداد: دانههای بزرگتر و مقاومتر موثرتر از گرد و غبار شکننده مسدود میشدند. آن پالایش انتخابی به ایجاد تنوع ترکیبی که توسط دورههای پیاپی تشکیل سیارهساز به وجود آمد کمک کرد.
دیدگاه کارشناسی
«وقتی هم برخوردهای مقیاس کوچک ذرات و هم انتقال در مقیاس دیسک را مدل میکنید، میبینید چگونه یک حلقه واحد میتواند مانند یک نوار نقاله با بچهای متفاوت عمل کند،» میگوید دکتر النا مارکز، سیارهشناس در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی. «یک بچ سرشار از کُلاستهای فشرده است؛ بچ بعدی تحت سلطهٔ گرد و غبار شکننده است. نتیجه یک سوابق فسیلی نوشتهشده در شهابسنگهایی است که میتوانیم در آزمایشگاه بررسی کنیم.»
نقل قول بالا نمایانگر وفاق علمی گستردهتری است: پیوند دادن پتروگرافی شهابسنگها به تکامل دیسک یک آزمایش قدرتمند برای نظریههای تشکیل فراهم میکند. بازتولید مشاهدات آزمایشگاهی با مدلهای عددی دلیل بر اهمیت دامهای گرد و غبار بهعنوان مکانهای کلیدی رشد جامدات اولیه است.
پیامدهای وسیعتر و گامهای بعدی
اگر دامهای گرد و غباری مانند آنچه درست بیرون از مشتری بوده رایج بودهاند، آنگاه تشکیل سیارهساز در سراسر سامانه خورشیدی اولیه ممکن است بهشدت موضعی و دورهای بوده باشد. ساخت سیاره یک فرایند کند و یکنواخت در سراسر دیسک نبوده است. در عوض، شبیه مجموعهای از کارگاههای تخصصی است که تحت شرایط تامین متغیر عمل میکردند.
این دیدگاه بر نحوهٔ تفسیر جمعیتهای سیارکی، منشأ گروههای شهابسنگ و حتی موجودی مواد فرار که به سیارات سنگی تحویل داده شدهاند تاثیر میگذارد. اگر برخی سیارهسازها از کلاستهای داغتر و زودتر شکل گرفته و دیگران بعدها از گرد و غبار سردتر تجمع یافتهاند، آنگاه اجسام والد کانیشناسیها و محتوای فرار متفاوتی به ارث خواهند برد. آن تفاوتها برای ترکیب سیاره و تحویل آب و مواد آلی اهمیت دارند.
در چشمانداز آینده، مشاهدات با آرایههای میلیمتری با وضوح بالا و مأموریتهای فضایی آتی میتوانند فرضیهٔ دام گرد و غبار را بهطور مستقیم آزمایش کنند بهوسیلهٔ بررسی دیسکهای جوان و جستجوی برجستگیهای فشار که جامدات را متمرکز میکنند. مأموریتهای بازگردانی نمونه و اندازهگیریهای آزمایشگاهی دقیقتر بافتها و ایزوتوپهای شهابسنگها نیز خطوط زمانی تشکیل را تصحیح خواهند کرد.
نتیجهگیری
شبیهسازیهای تازه از مؤسسه ماکس پلانک ایدهای ساده اما قدرتمند را نشان میدهند: یک دام گرد و غبار واحد و بلندمدت بیرون از مشتری میتوانسته چندین نسل از سیارهسازها با ترکیبهای متمایز تولید کند. شهابسنگهایی که روی زمین بازیابی شدهاند بهنظر میرسد آن تاریخچهٔ لایهای را حفظ کرده باشند. پیامد روشن است. شکلگیری اولیهٔ سیارهها یک پَچورک از کارگاههای موضعی بوده، نه یک خط مونتاژ یکنواخت و پیوسته.
منبع: scitechdaily
نظرات
رضا
قانعکننده به نظر میاد، ولی آیا مشاهدات فعلی واقعا از این سناریو حمایت میکنن؟ شبیهسازی خوبه، اما دادهٔ واقعی لازمِ، نه؟
آستروکس
وااای، این ایده واقعا خفنِ! تصور یه دام گرد و غبار که مثل نوار نقاله بچهای مختلف میسازه، ذهنمو منفجر کرد... کلی سوال دارم مخصوصا درباره تحویل آب و مواد آلی
ارسال نظر