С его массивным железным ядром и ультратонкой корой Меркурий является чем-то странным в Солнечной системе. В начале своей жизни, по крайней мере, одно столкновение лишило планету ее внешних слоев, позволив громоздкому ядру доминировать. Новые исследования показывают, что по планете был нанесен один, головокружительный удар, скользящий удар или дождь ударов, эволюционный путь, который он принял, относительно редок среди планет.
Когда космический корабль NASA MESSENGER прибыл на Меркурий в 2011 году, он измерил относительно высокие уровни натрия и тория. "Поскольку эти элементы довольно изменчивы, ожидается, что они будут потеряны в высокотемпературных событиях, таких как гигантские удары",-сказала Алиса Чау, аспирантка Цюрихского университета.
Озадаченная неожиданными измерениями, Чау и ее коллеги смоделировали три различных сценария, чтобы определить, какой из них является наиболее вероятным объяснением образования Меркурия, которое могло бы объяснить стойкость этих элементов.
"Формирование Меркурия гигантскими ударами возможно, но сложно", - писали Чау и ее коллеги в своей статье.
Это соответствует наблюдениям, которые были сделаны с помощью таких инструментов, как космический телескоп NASA "Кеплер". До сих пор, только несколько скалистых миров плотнее Меркурия были идентифицированы из более чем 5541 подтвержденных и потенциальных экзопланет.
Чувствуете удачу?
Хотя Меркурий является самой маленькой взрослой планетой в Солнечной системе, он является второй по плотности, возглавляемой только Землей. Большая часть планеты состоит из гигантского ядра, которое, по оценкам, занимает от 70 до 85 процентов радиуса планеты. В 1988 году исследователи предположили, что необычно большое ядро планеты было результатом гигантского удара, который лишил существующую мантию.
Чау и ее коллеги смоделировали три разных сценария воздействия: одно прямое попадание, скользящий удар и несколько ударов от небольших объектов. Они обнаружили, что каждый случай был сложным, по-своему.
На ранних стадиях образования планет производилось гораздо больше восьми ядер, которые в конечном итоге стали планетами Солнечной системы. Эти объекты и их меньшие братья и сестры облетали Солнечную систему и врезались друг в друга. Ученые предполагают, что один из таких объектов врезался в молодую Землю, чтобы произвести Луну нашей планеты.
"Столкновения были частыми на ранних стадиях формирования Солнечной системы", - сказала Чау.
Первый сценарий моделировал один гигантский объект, разбившийся об Меркурий. Но, чтобы создать объект, похожий на Меркурий, ударный элемент должен был двигаться точно так же. Он не может быть слишком большим или двигаться слишком быстро, иначе он уничтожит планету полностью. Однако слишком медленное движение позволило бы массе от разрушенного ударного элемента и материалу, сдутому с планеты, вернуться на планету, восстановив внешнюю оболочку.
Затем команда посмотрела на сценарий "наезд и бег", в котором ударный элемент с большей массой, чем первоначальный сценарий, ударил по молодой планете скользящим ударом. Этот сценарий чаще всего формировал объект, похожий на Меркурий в их симуляциях-до тех пор, пока он не уничтожил планету полностью.
Одна из самых больших проблем с любым из этих сценариев - это то, что происходит с входящим фактором воздействия. Если он не будет полностью разрушен столкновением, объект останется на орбите вокруг Солнца на своем новом пути. Но не обязательно быть астрономом, чтобы знать, что сегодня такого объекта не существует. Единственный способ уничтожить доказательства - это иметь оригинальный, быстро движущийся коллайдер, путешествующий по очень эксцентричному, растянутому кругу пути, который отправил бы его остатки на солнце после того, как он врезался в Меркурий — условия, которые, по словам Чау, не очень распространены.
С другой стороны, Меркурию нужно только однажды стать счастливым или неудачным.
«Необходимо только одно столкновение, - сказала Чау.
Двойной удар
Третий вариант заключается в том, что в начале своего существования Меркурий подвергался бомбардировке несколькими объектами. Меньшие объекты будут иметь меньше энергии, причем каждый из них отнимает только часть недостающих летучих элементов.
"Поэтому возможно, и, возможно, даже более вероятно, что Меркурий образовался в результате множественных воздействий", - пишут авторы в своей статье, которая была принята к публикации астрофизическим журналом.
Чау и ее коллеги смоделировали два возможных варианта этого сценария: один с маломассивными объектами, движущимися под наиболее вероятным углом удара, а другой с несколько более крупными объектами, сталкивающимися под разными углами. В обоих случаях объекты перемещались со скоростью, в три-четыре раза превышающей скорость, с которой объект на поверхности Меркурия должен путешествовать, чтобы избежать гравитации планеты.
В первом сценарии 20 различных объектов должны были врезаться в Меркурий, чтобы убрать достаточное количество материала. В самых оптимистичных случаях потребовалось шесть различных столкновений. Второй сценарий, с немного большими объектами, требовал только двух-четырех столкновений. Точное число зависит от массы, скорости и угла столкновения ударного элемента.
Но есть и другие факторы, которые вступают в игру. Во-первых, удары должны быть точно рассчитаны.
Время между столкновениями также играло важную роль. После сдувания материала требуется около тысячи лет, чтобы облако обломков остыло и осело обратно на планету. Поскольку каждое отдельное столкновение влияет на следующее, горячее облако материала, окружающего потрепанный Меркурий после первого столкновения, влияет на то, сколько материала можно удалить. Если у Меркурия есть время остыть между ударами, он удержит большее количество своего материала.
"Чем жестче столкновения со временем, тем легче потерять мантию", - сказала Чау.
Итак, какой из трех сценариев, скорее всего, сформировал Меркурий, который существует сегодня? Исследователи не уверены.
"Каждый из этих сценариев требует определенных условий, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки", - сказала Чау. Она отметила, что для одного массивного ударного элемента требуются необычные условия, но для этого требуется только один объект.
"Необходимые условия для сценария с несколькими воздействиями более умеренные, но на данный момент у нас недостаточно информации, чтобы предпочесть один сценарий другому", - сказала она.
Поскольку оба сценария настолько тесно ограничены, это означает, что богатые металлами планеты, такие как Меркурий, вероятно, редки.
"Низкая частота богатых металлами экзопланет (аналогов Меркурия) говорит о том, что формирование богатых металлами планет требует уникальных обстоятельств",-заключили авторы.
Спасибо за чтение!
Понравилась статья? Ставим лайки и подписываемся на канал. Дальше будет еще интереснее. Попутного Вам космического пространства.
