نخستین سیاره‌های منظومه شمسی از آتش شکل گرفتند، نه یخ

مراحل اولیه شکل‌گیری منظومه شمسی همچنان در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. از آن دوران چیز زیادی باقی نمانده، اما دانشمندان نظریه‌های متعددی درباره شرایط آن دوره ارائه داده‌اند.

یکی از این دیدگاه‌ها به پرسشی ساده می‌پردازد: آیا منظومه شمسی در آغاز بیشتر به سمت مواد آتش‌دیده گرایش داشت یا مواد یخی؟ پژوهش تازه‌ای که در Nature Astronomy منتشر شده و دامان‌ویر گِروال، استادیار علوم زمین و سیاره‌ای دانشگاه ییل، نویسنده اصلی آن است، همراه با همکارانش پاسخ روشنی ارائه می‌دهد: منظومه شمسی اولیه بیشتر به سمت آتش گرایش داشت.

البته تقسیم مواد اولیه به دو گروه آتش و یخ، ساده‌سازی بزرگی از موضوع محسوب می‌شود. پژوهشگران در واقع بررسی کرده‌اند که مواد اولیه بیشتر به سمت کُندرول‌ها یا ماتریس‌ها گرایش داشته‌اند. کُندرول‌ها در اثر رویدادهای بسیار داغ شکل گرفتند، در حالی که ماتریس‌ها در محیط‌های سردتر و یخی پدید آمدند.

کُندرول‌ها قطعات جامد سنگی در ابعاد میلی‌متری هستند که زمانی شکل گرفتند که توده‌های غبار در خلأ فضا در معرض گرمایش بسیار شدید قرار داشتند. موج‌های ضربه‌ای عظیم ناشی از انفجار ابرنواخترها می‌توانستند چنین شرایطی ایجاد کنند. این ذرات سپس ذوب شدند و به قطرات مایع تبدیل شدند و در ادامه با سرعت زیادی سرد گردیدند؛ نتیجه، دانه‌هایی شبیه سنگ‌ریزه‌های بسیار کوچک بود که تعداد فراوانی از آنها شکل گرفت.

در سوی دیگر، ماتریس‌ها ظاهراً از همان موج‌های ضربه‌ای که کُندرول‌ها را شکل دادند، تأثیر نگرفتند. این مواد از دانه‌های غبار سبک و پف‌مانند تشکیل شده‌اند و مقدار زیادی ماده فرّار، از جمله یخ آب، در خود دارند. دلیل دقیق اینکه چرا این ذرات از همان موج‌های شدید در امان ماندند، هنوز کاملاً مشخص نیست. با این حال، اگر یک شهاب‌سنگ متعلق به دوران اولیه منظومه شمسی را بررسی کنید، هر دو نوع ماده را در کنار یکدیگر خواهید دید.

دانشمندان مدت‌هاست می‌دانند که در مراحل نسبتاً ابتدایی منظومه شمسی، یعنی حدود ۲ تا ۴ میلیون سال پس از شکل‌گیری آن، گرایش به سمت مواد آتش‌دیده یا همان کُندرول‌ها قابل مشاهده بوده است. با این حال، دامان‌ویر گِروال و گروه پژوهشی او قصد داشتند دوره‌ای حتی قدیمی‌تر را بررسی کنند؛ یعنی تقریباً نخستین یک میلیون سال از عمر منظومه شمسی.

متأسفانه هیچ جرم جامدی از آن دوره بسیار قدیمی تا امروز در همان وضعیت اولیه باقی نمانده است. دلیل اصلی این مسئله به وجود نوعی آلومینیوم رادیواکتیو مربوط می‌شود که آلومینیوم-۲۶ نام دارد. نیمه‌عمر این ماده تنها حدود ۷۰۵ هزار سال بود و احتمالاً یک ابرنواختر نزدیک آن را وارد محیط منظومه شمسی کرد. هنگامی که آلومینیوم-۲۶ در سیاره‌واره‌های اولیه تجمع یافت، گرمای حاصل از واپاشی رادیواکتیو آن از درون این اجرام را ذوب کرد و ساختار داخلی آنها را به‌شدت درهم آمیخت. در نتیجه، تشخیص اینکه مواد سازنده اولیه آنها کُندرول بوده‌اند یا ماتریس، دیگر امکان‌پذیر نبود.

سرنخ‌های موجود در شهاب‌سنگ‌های آهنی

گروه دامان‌ویر گِروال برای یافتن پاسخ به سراغ راهکار دیگری رفت. شهاب‌سنگ‌های آهنی متعلق به منظومه شمسی اولیه هنوز روی زمین پیدا می‌شوند و احتمال دارد در اثر برخوردهای بسیار شدید میان سیاره‌واره‌های نخستین شکل گرفته باشند. در این اجرام دو نشانه مهم وجود دارد که می‌تواند توزیع اولیه مواد آتشین و یخی را آشکار کند: میزان گوگرد و وضعیت اکسایش آهن.

پژوهشگران با اندازه‌گیری این دو ویژگی و استفاده از مدل‌هایی برای بررسی چگونگی شکل‌گیری آنها دریافتند که شهاب‌سنگ‌های آهنی مقدار بسیار کمی از مواد ماتریسی داشته‌اند؛ این میزان تنها حدود ۸ تا ۱۷ درصد برآورد شد. به بیان دیگر، سهم مواد یخی در آنها بسیار پایین بوده است. هر دو شاخص نیز به یک نتیجه مشترک اشاره داشتند: منظومه شمسی اولیه به شکل محسوسی به سمت مواد سنگی و کُندرولی گرایش داشته است.

این نتیجه از نظر فیزیک منظومه شمسی جوان نیز منطقی به نظر می‌رسد. دیسک عظیم پیش‌سیاره‌ای که در اطراف خورشید شکل می‌گرفت، می‌توانست مانند یک سانتریفیوژ غول‌پیکر عمل کند. سانتریفیوژها مواد دارای چگالی مشابه را در کنار یکدیگر جمع می‌کنند و کُندرول‌ها نیز چنین رفتاری داشتند. همین فرایند به آنها اجازه داد در کنار یکدیگر تجمع کنند و نخستین سیاره‌واره‌ها را بسازند. در مقابل، ماتریس‌ها به دلیل ساختار سبک‌تر و پف‌مانند خود، بیشتر در معرض پراکنده شدن قرار داشتند. این مواد در نهایت در اجرامی که دیرتر شکل گرفتند، از جمله دنباله‌دارها، تجمع پیدا کردند.

در مجموع، این پژوهش گام دیگری برای درک بهتر دوران آغازین منظومه شمسی به شمار می‌رود و نتیجه آن تا حد زیادی با پیش‌بینی‌هایی که بسیاری از دانشمندان علوم سیاره‌ای داشتند، همخوانی دارد. با این حال، پرسش‌های مهمی همچنان بی‌پاسخ مانده‌اند؛ از جمله اینکه آلومینیوم-۲۶ عامل ذوب شدن سیاره‌واره‌های اولیه دقیقاً از کجا آمده بود و چرا بخشی از مواد به‌صورت ناگهانی و بسیار شدید گرم شدند و کُندرول‌ها را ساختند، در حالی که بخش دیگری تحت چنین گرمایشی قرار نگرفت.

پاسخ این پرسش‌ها به تحقیقات آینده و داده‌های جدید نیاز دارد. از آنجا که آثار بسیار اندکی از نخستین مراحل شکل‌گیری منظومه شمسی تا امروز باقی مانده، پژوهشگران ناچارند برای حل این معماها به ایده‌های خلاقانه‌تر و روش‌های تازه روی بیاورند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.