فجوة غامضة داخل قرص الكواكب الأولية للنظام الشمسي

وجد العلماء أدلة على أن النظام الشمسي المبكر كان به فجوة بين أجزائه الداخلية والخارجية.

الحدود الكونية ، ربما سببها شاب يوم الخميس أو شكل الهواء المتنامي خليطًا من الكواكب الصغيرة.

في بدايات النظام الشمسي ، دار “قرص كوكبي أولي” من الغبار والغاز حول الشمس واندمج في النهاية مع الكواكب التي نعرفها اليوم.

تحليل جديد للنيازك القديمة من قبل العلماء مع وفي أماكن أخرى ، كانت هناك فجوة غامضة داخل هذا القرص منذ 4.567 مليار سنة ، وهي اليوم قريبة من مكان تواجد حزام الكويكبات.

تم نشر نتائج الفريق في 15 أكتوبر 2021 التقدم العلمي، تقديم دليل مباشر على هذه الفجوة.

يقول بنجامين فايس Benjamin Weiss ، أستاذ علوم الكواكب في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب (EAPS) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “على مدى العقد الماضي ، أظهرت الملاحظات أن الثقوب والفجوات والحلقات شائعة على الأقراص المحيطة بالنجوم الفتية الأخرى”. “هذه إشارات على عمليات جسدية مهمة ولكنها غير مفهومة جيدًا والتي من خلالها يتحول الغاز والغبار إلى الشمس والكواكب الفتية.”

وبالمثل ، لا يزال سبب هذه الفجوة في نظامنا الشمسي لغزا. أحد الاحتمالات هو أن كوكب المشتري قد يكون له تأثير. عندما يتخذ الغاز شكلاً عملاقًا ، سيتم دفع الغاز والغبار نحو الضواحي بواسطة جاذبيته الهائلة ، مما يترك فجوة في القرص المتنامي.

قد يكون هناك تفسير آخر يتعلق بالهواء المنبعث من سطح القرص. تخضع أنظمة الكواكب المبكرة لمجالات مغناطيسية قوية. عندما تتفاعل هذه الحقول مع القرص الدوار للغاز والغبار ، يمكنها ترك مساحة للقرص وخلق هواء قوي بما يكفي لطرد الأشياء.

بغض النظر عن مظهرها ، قد تكون الفجوة في النظام الشمسي المبكر حدًا كونيًا ، مما يجعل المادة الموجودة على جانبيها بعيدة عن الاتصال. قد يكون هذا الفصل المادي قد شكل بنية الكواكب في النظام الشمسي. على سبيل المثال ، داخل الفضاء ، يتحد الغاز والغبار لتكوين كواكب أرضية وكواكب أرضية. يوم الثلاثاءكوكب المشتري وكواكب الغاز العملاقة المجاورة له في أقصى الفجوة حيث يتشكل الغاز والغبار في المناطق الجليدية.

يقول كاو بورلينا ، كاتب بارز وطالب دراسات عليا في EAPS: “من الصعب جدًا تجاوز هذه الفجوة ، ويحتاج الكوكب إلى الكثير من عزم الدوران والزخم الخارجي”. “لذلك ، فإنه يوفر دليلاً على أن تكوين كواكبنا كان مقصورًا على مناطق محددة في النظام الشمسي المبكر.”

ومن بين المحررين المشاركين في فايس وبورلينا إدواردو ليما ونيلانجان تشاترجي وإلياس مونسباخ من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. جيمس برايسون من جامعة أكسفورد ؛ وشو نينغ باي من جامعة شينخوا.

انقسام في الفضاء

على مدى العقد الماضي ، لاحظ العلماء صدعًا مثيرًا للاهتمام في تكوين النيازك التي ضربت الأرض. تشكلت هذه الصخور الفضائية في أوقات وأماكن مختلفة عندما اتخذت شكل النظام الشمسي لأول مرة. كشفت تلك التي تم تحليلها عن واحد من مجموعتين من النظائر. نادرًا ما يتم العثور على تعبير عن كلا النيزك – وهو لغز يُعرف باسم “ثنائي القطب النظيري”.

اقترح العلماء أن هذا الانقسام قد يكون نتيجة فجوة في قرص النظام الشمسي المبكر ، ولكن لم يتم تأكيد هذه الفجوة بشكل مباشر.

يحلل فريق Weiss النيازك بحثًا عن علامات الحقول المغناطيسية القديمة. عندما يتشكل نظام كوكبي جديد ، فإنه يحمل مجالًا مغناطيسيًا ، يمكن أن تتغير قوته واتجاهه اعتمادًا على العمليات المختلفة في القرص النامي. نظرًا لإضافة غبار قديم في الحبيبات يسمى عناصر التحكم ، فإن الإلكترونات الموجودة داخل عناصر التحكم تتوافق مع المجال المغناطيسي الذي تشكله.

الضوابط أصغر من قطر شعر الإنسان ، واليوم توجد في النيازك. يتخصص فريق Weiss في قياس الضوابط لتحديد المجالات المغناطيسية القديمة التي أنشأوها لأول مرة.

في عمل سابق ، حلل الفريق عينات من مجموعتين نظائريتين تعرفان بالنيازك غير الكربونية. يُعتقد أن هذه الصخور ظهرت بالقرب نسبيًا من الشمس في “الخزان” أو النظام الشمسي المبكر. حدد فريق فايس سابقًا المجال المغناطيسي القديم في عينات من هذه المنطقة الحميمة.

نيزك غير متوافق

في دراستهم الجديدة ، تساءل الباحثون عما إذا كان المجال المغناطيسي مطابقًا للنظير الثاني ، مجموعة من النيازك “الكربونية” ، والتي يُعتقد ، عند فحصها من تركيبها النظيري ، أنها ظهرت بعيدًا عن النظام الشمسي.

قاموا بتحليل عناصر تحكم تبلغ حوالي 100 ميكرون لكل من اثنين من النيازك الكربونية الموجودة في القارة القطبية الجنوبية. باستخدام جهاز التداخل الكمي فائق التوصيل أو SQUID ، وهو مجهر عالي الدقة في مختبر Weiss ، حدد الفريق المجال المغناطيسي الأصلي البدائي لكل عنصر تحكم.

والمثير للدهشة أنهم وجدوا أن شدة مجالهم كانت أقوى من النيازك غير الكربونية المقاسة سابقًا. مع تطور أنظمة الكواكب الشابة ، يتوقع العلماء أن تتبدد قوة المجال المغناطيسي مع المسافة من الشمس.

في المقابل ، وجدت بورلينا وزملاؤها أن أجهزة التحكم عن بُعد تحتوي على مجال مغناطيسي قوي يبلغ حوالي 100 ميكروتيل ، مقارنة بمجال 50 ميكروتسًا عند التحكم عن قرب. لاحظ أن المجال المغناطيسي للأرض اليوم يبلغ حوالي 50 ميكروتس.

المجال المغناطيسي لنظام كوكبي هو مقياس لمعدل تراكمه أو كمية الغاز والغبار التي يمكن سحبها إلى مركزها بمرور الوقت. بناءً على المجال المغناطيسي لعناصر التحكم الكربونية ، يجب أن يكون للجزء الخارجي من النظام الشمسي كتلة أكبر من الجزء الداخلي.

باستخدام النماذج لمحاكاة المواقف المختلفة ، فإن التفسير المحتمل لعدم التطابق في معدلات تراكم المصفوفة هو الاستنتاج القائل بوجود فجوة بين المناطق الداخلية والخارجية ، مما يقلل من كمية الغاز والغبار باتجاه الشمس. المناطق الخارجية.

يقول بورلينا: “الفجوات شائعة في أنظمة الكواكب الأولية ، ونحن الآن نظهر أن هناك واحدة في نظامنا الشمسي”. “إنه يوفر الإجابة على هذا الاضطراب ثنائي القطب الغريب الذي نراه في النيازك ، ويقدم دليلاً على أن الفجوات تؤثر على تكوين الكواكب.”

ملحوظة: “دليل مغناطيسي قديم لبنية قرصية في النظام الشمسي المبكر” Cos S. بورلينا ، بنيامين ب. فايس ، جيمس إف جي بريسون ، سو نينج بوي ، إدواردو أ. ليما ونيلانجان تشاترجي وإلياس ن. مانسباك ، 15 أكتوبر 2021 ، التقدم العلمي.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj6928

تم دعم هذا البحث إلى حد ما ناساوالمؤسسة الوطنية للعلوم.