شناسایی بقایای بچه‌سیاره‌ها در مشتری

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، دانشمندان دریافته‌اند که مشتری مملو از بقایای سیاره‌های کوچکی است که این سیاره با انبساط خود، آن‌ها را بلعیده تا تبدیل به چنین غول گازی بزرگی شود که امروزه می‌بینیم. 

یامیلا میگوئل اخترفیزیکدان دانشگاه لیدن در هلند و محقق ارشد این مطالعه گفت: مشتری یکی از اولین سیاراتی بوده که در چند میلیون سال اول، زمانی که منظومه شمسی در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش در حال شکل‌گیری بوده است، شکل گرفته است. با این حال، ما تقریباً هیچ چیز قطعی در مورد چگونگی شکل‌گیری آن نمی‌دانیم.

محققان در این مطالعه جدید سرانجام توانستند با استفاده از داده‌های گرانشی جمع‌آوری‌شده توسط کاوشگر فضایی "جونو" متعلق به ناسا، زیر پوشش ابری مبهم مشتری را ببینند. این داده‌ها این تیم تحقیقاتی را قادر ساخت تا مواد سنگی موجود در هسته این سیاره غول پیکر را ترسیم کند که در نهایت، فراوانی شگفت‌آوری از عناصر سنگین را نشان داد. این ترکیب شیمیایی نشان می‌دهد مشتری برای رشد گسترده‌اش، سیارات کوچک یا خرده‌سیاره‌ها را بلعیده است.

مشتری ممکن است امروزه غالباً یک توپ متشکل از گاز چرخان باشد، اما زندگی خود را درست مانند هر سیاره دیگری در منظومه شمسی با تجمع مواد سنگی آغاز کرده است. همانطور که گرانش سیاره سنگ‌ها را بیشتر و بیشتر می‌کرد، هسته سنگی آن آن‌قدر متراکم شد که شروع به جذب مقادیر زیادی گاز از فواصل دور - عمدتاً هیدروژن و هلیوم باقیمانده از تولد خورشید - کرد تا جوِ عظیمِ پر از گازِ آن را تشکیل دهد.

دو نظریه در مورد اینکه مشتری چگونه مواد سنگی اولیه خود را جمع آوری کرده است، وجود دارد. یک نظریه این است که مشتری میلیارد‌ها سنگ فضایی کوچک‌تر را جمع کرده است که اخترشناسان به آن‌ها لقب سنگریزه داده‌اند. اگرچه این سنگ‌ها احتمالاً از نظر اندازه به تخته‌سنگ‌ها نزدیک‌تر هستند تا سنگریزه‌هایی که در نظر ما تصور می‌شود.

نظریه دیگر که توسط یافته‌های مطالعه جدید پشتیبانی می‌شود، این است که هسته مشتری از جذب بسیاری از سیاره‌های کوچک تشکیل شده است.

با این حال تا به این لحظه نمی‌توان به طور قطعی گفت که کدام یک از این نظریه‌ها درست هستند. میگوئل می‌گوید: از آنجایی که نمی‌توانیم مستقیماً نحوه شکل‌گیری مشتری را مشاهده کنیم، باید قطعات پازل را با اطلاعاتی که امروز داریم، کنار هم قرار دهیم و این کار آسانی نیست.

محققان برای تلاش برای حل این بحث، باید تصویری از درون مشتری بسازند. میگوئل می‌گوید: اینجا روی زمین، ما از لرزه‌نگار‌ها و زلزله برای مطالعه فضای داخلی سیاره استفاده می‌کنیم. اما مشتری هیچ سطحی برای قرار دادن چنین وسایلی روی آن ندارد و به هر حال بعید است که هسته مشتری فعالیت تکتونیکی زیادی داشته باشد.

در عوض، محققان مدل‌های رایانه‌ای از درون مشتری را با ترکیب داده‌هایی که عمدتاً توسط کاوشگر جونو جمع‌آوری شده بود و همچنین برخی از داده‌های کاوشگر گالیله ساختند. کاوشگر‌ها میدان گرانشی این سیاره را در نقاط مختلف اطراف مدار آن اندازه‌گیری کرده‌اند و داده‌ها نشان داد که مواد سنگی برافراشته شده توسط مشتری دارای غلظت بالایی از عناصر سنگین است که جامدات متراکم را تشکیل می‌دهند و بنابراین، اثر گرانشی قوی‌تری نسبت به اتمسفر گازی دارند. این داده‌ها تیم را قادر ساخت تا تغییرات جزئی در گرانش این سیاره را ترسیم کنند و به آن‌ها کمک کرد تا ببینند مواد سنگی در کجای این سیاره قرار دارند.

میگوئل می‌گوید: جونو داده‌های گرانشی بسیار دقیقی را ارائه کرد که به ما کمک کرد توزیع مواد را درون مشتری مشخص کنیم. این‌ها داده‌های بسیار منحصربه‌فردی بودند که ما فقط می‌توانستیم با فضاپیمایی که به دور این سیاره می‌چرخد، به دست آوردیم.

مدل‌های این تیم تحقیقاتی نشان داد که معادل ۱۱ تا ۳۰ جرم زمین از عناصر سنگین در مشتری (۳ تا ۹ درصد جرم مشتری) وجود دارد که بسیار بیشتر از حد انتظار است.

میگوئل می‌گوید، مدل‌های جدید به منشأ سیاره‌خواری مشتری اشاره می‌کنند، زیرا نظریه تجمع سنگریزه نمی‌تواند چنین غلظت بالایی از عناصر سنگین را توضیح دهد. اگر مشتری در ابتدا از سنگریزه‌ها تشکیل شده بود، شروع نهایی فرآیند برافزایش گاز، زمانی که سیاره به اندازه کافی بزرگ شد، بلافاصله به مرحله تجمع سنگی پایان می‌داد.

وی توضیح داد که این به این دلیل است که لایه‌ی در حال رشد گاز، یک مانع فشار ایجاد می‌کند که مانع از کشیده شدن سنگریزه‌های اضافی به داخل سیاره می‌شود. این مرحله برافزایش صخره‌ای محدود شده احتمالاً به مشتری، فراوانی فلزات سنگین یا فلزی بودن بسیار کمتری نسبت به آنچه محققان محاسبه کرده‌اند، می‌دهد.

با این حال، خرده‌سیاره‌ها حتی پس از شروع فاز برافزایش گاز می‌توانستند به هسته مشتری برخورد کنند. این به این دلیل است که نیروی گرانشی روی سنگ‌ها بیشتر از فشاری است که گاز اعمال می‌کند.

به گفته محققان، این برافزایش همزمان مواد سنگی و گاز ارائه شده توسط نظریه خرده‌سیاره‌ها تنها توضیح ممکن برای وجود سطوح بالایی از عناصر سنگین در مشتری است.

این مطالعه همچنین یک یافته جالب دیگر را نشان داد که بر اساس آن، درون مشتری به خوبی با جو بالایی آن مخلوط نمی‌شود، یافته‌ای که برخلاف آن چیزی است که دانشمندان تاکنون تصور می‌کردند. مدل جدید از درون مشتری نشان می‌دهد که عناصر سنگینی که این سیاره جذب کرده است تا حد زیادی نزدیک به هسته آن و جو زیرین آن باقی مانده است.

محققان تصور می‌کردند که همرفت، جو مشتری را به هم می‌ریزد، به طوری که گاز داغ‌تر در نزدیکی هسته سیاره قبل از سرد شدن و سقوط دوباره به جو بیرونی می‌رود که اگر اینطور بود، عناصر سنگین به طور یکنواخت در سراسر جو مخلوط می‌شدند.

میگوئل می‌گوید با این حال، ممکن است مناطق خاصی از مشتری اثر همرفتی کوچکی داشته باشند و تحقیقات بیشتری برای تعیین دقیق آنچه در جو این غول گازی در حال وقوع است، مورد نیاز است.

وی اضافه کرد که کشش گرانشی مشتری به شکل دادن به اندازه و مدار همسایگان کیهانی کمک کرده است و بنابراین تعیین چگونگی به وجود آمدن آن تأثیرات مهمی برای سیارات دیگر دارد. این یافته‌ها همچنین منشا خرده‌سیاره‌ای بالقوه را برای دیگر غول‌های گازی منظومه شمسی شامل زحل، اورانوس و نپتون نشان می‌دهد.

سایر دنیا‌های گازی در سایر منظومه‌های ستاره‌ای نیز ممکن است با بلعیدن خرده‌سیاره‌ها به جای سنگریزه‌ها شکل گرفته باشند که به این معنی است که آن‌ها ممکن است فلزی بیشتر از آنچه ظاهرشان نشان می‌دهد، داشته باشند.