Tætte metalplaneter som Merkur er sandsynligvis sjældne i universet

Planeten Merkur, skabsplaneten til vores sol, er noget af en øvelse i ekstremer. Det er dage varer længere end det er år og på et givet tidspunkt, dens solvendte side er brændende varm, mens dens mørke side er frysende kold. Det er også en af ​​de mindst forståede planeter i vores solsystem. Mens det er en terrestrisk (dvs. stenet) planet som Jorden, Venus og Mars, den har et væsentligt højere jern-til-sten-forhold end de andre.

I årtier, den mest almindeligt accepterede teori for dette var, at Merkur tidligere oplevede en massiv påvirkning, som fik planeten til at kaste meget af sin klippekappe. Imidlertid, ifølge en ny undersøgelse foretaget af et team af forskere fra Center for Teoretisk Astrofysik og Kosmologi (CTAC) ved Universitetet i Zürich, Merkurs mystiske natur kan faktisk være resultatet af flere kollisioner med gigantiske objekter.

Af hensyn til deres studie, med titlen "Forming Mercury by Giant Impacts, " Teamleder Alice Chau og hendes kolleger (som alle er medlemmer af Institute for Computational Science ved CTAC) overvejede de forskellige årsager til, hvorfor Mercury har den tæthed og jern-til-sten-forhold, som det har. I sidste ende, de overvejede alle mulige scenarier for at afgøre, hvilket der var det mest sandsynlige.

For at bryde det ned, Merkur er forblevet noget af et mysterium for astronomer på grund af dets meget mere metalliske end dets naboer. Meget ligesom Jorden, Venus og Mars, Merkur er en jordisk planet, hvilket betyder, at det er sammensat af silikatmineraler og metaller, der er differentieret til en jernkerne og silikatkappe og -skorpe. Men i modsætning til de andre klippeplaneter i solsystemet, jern udgør en uforholdsmæssig stor del af planeten.

Ikke alene har Merkurs kerne et højere jernindhold end enhver anden større planet i solsystemet, men baseret på dens tæthed og størrelse, geologer vurderer, at Merkurs kerne fylder omkring 42 procent af dens volumen – sammenlignet med Jordens 17 procent. Årsagen til dette er stadig ukendt, men mange teorier er blevet fremført gennem årene. Som Chau fortalte Universe Today via e-mail, disse teorier kan opdeles i to kategorier:

Enten erhvervede Mercury sin store jernkerne fra begyndelsen af, i soltågen/skiven. Tæt på Solen kunne nogle mekanismer have været mere effektive til at adskille metaller og sten (på grund af deres forskellige kondensationstemperatur, eller ledende egenskaber, eller deres balance mellem modstandskraft og tyngdekraft), som ville drive flere metaller indad og sten udad. Kviksølv ville så dannes på et sted, der er mere metalrigt end i resten af ​​skiven. ii) eller den dannede en kerne, der havde samme masseforhold som de andre jordiske planeter, men mistede en del af sin kappe i de sene stadier af sin dannelse, som ved et kæmpe sammenstød eller ved fordampning (og dampkappen ville blive blæst væk af solvinde)."

Den anden mulighed, hvor Merkur mistede meget af sin kappe på grund af fordampning eller et massivt stød, er fortsat den mest accepterede blandt det videnskabelige samfund. Bygger på dette, Chau og hendes kolleger studerede standard kollisionsparametre (påvirkningshastighed, masseforhold, indvirkningsparameter) og overvejet, hvad en impactors sandsynlige sammensætning ville være, samt hvordan afkølingen af ​​Merkur bagefter ville spille en rolle.

Formålet med dette var at afgøre, om Mercurys sammensætning var resultatet af en enkelt, kæmpe indflydelse, eller mange mindre. Selvom begge muligheder er sjældne og ville kræve et unikt sæt omstændigheder, Chau og hendes kolleger fastslog, at begge påvirkningsscenarier kunne forklare Mercurys nysgerrige natur. Som hun forklarede, deres konklusioner kom ned til fem punkter:

1. Et enkelt gigantisk sammenstød eller hit-and-run-nedslag kræver en meget afstemt anslagsparameter og hastighed for at reproducere Mercurys masse og jernmassefraktion. Der er et noget større parameterrum af muligheder i hit-and-run-scenariet.
2. Impactorens sammensætning påvirker den resulterende endelige masse og jernfordeling efter anslag.
3. Målets tilstand før anslag påvirker den resulterende endelige masse.
4. Et scenarie med flere kollisioner undslipper finjusteringen af ​​de geometriske parametre, men er begrænset af timingen og af den flygtige sammensætning af Merkurs overflade.
5. At danne kviksølv ved gigantiske påvirkninger er muligt, men vanskeligt.

Kort sagt, de fandt ud af, at det er muligt, at begge scenarier kunne forklare Mercurys høje jern-til-sten-ration, men at chancerne for, at de er sket, ikke er store. Dette er understøttet, ifølge Chau, ved, at der er fundet få Merkur-analoge exoplaneter. I denne henseende, hvad der end fik Merkur til at blive, som det er, kan være en relativt sjælden begivenhed, hvad angår udviklingen af ​​stjernesystemer.

"Vores undersøgelse er ikke den første, der foreslår gigantiske påvirkninger for at forklare Mercurys store jernkerne, men bekræfter, at vi har brug for ret specifikke betingelser for gigantiske påvirkninger, " sagde Chau. "Det ser ud til, at det er svært at danne Merkur. I en anden forstand, dette er betryggende, fordi vi ikke observerer mange exoplaneter, der ligner Merkur i sammensætning. Også, selvom det er en sjælden begivenhed, kun én effekt er nødvendig."

I denne forstand, gigantiske påvirkninger kunne ses som heldige begivenheder og en påmindelse om, hvor kaotiske planetsystemer er, Chau tilføjede. For ikke kun har disse typer kollisioner en dyb indvirkning på en planets egenskaber (f.eks. Jord-måne-systemet antages at være resultatet af et gigantisk nedslag), men baseret på exoplanetundersøgelser, sådanne tilfælde synes også at være ret sjældne.

Måske er vores solsystem unikt i flere henseender, som omfatter fremkomsten af ​​liv og tilstedeværelsen af ​​gigantiske påvirkninger, der fundamentalt ændrede flere af dens planeter. Så igen, vi er egentlig kun begyndt at ridse overfladen, hvad angår opdagelser af exoplaneter, og vi kan finde mange Merkur-lignende planeter derude endnu.