القمر ونقاطه المظلمة. حقوق الصورة: ناسا. اضغط للتكبير.
لقد انبهر الناس من جميع الثقافات بـ "البقع" المظلمة على القمر ، والتي يبدو أنها تشكل شكل أرنب أو ضفادع أو وجه مهرج. مع بعثات أبولو ، وجد العلماء أن هذه الميزات هي في الواقع أحواض تأثير ضخمة غمرت بالحمم البركانية المتصلبة الآن. كانت المفاجأة أن هذه الأحواض تشكلت في وقت متأخر نسبيًا من تاريخ النظام الشمسي المبكر - بعد حوالي 700 مليون سنة من تكوين الأرض والقمر. يعتقد العديد من العلماء الآن أن أحواض التصادم القمرية هذه تشهد ارتفاعًا كبيرًا في معدل قصف الكواكب - يسمى القصف العنيف المتأخر (LHB). ومع ذلك ، يعتبر الكثيرون أن سبب هذا القصف المكثف هو أحد أفضل الألغاز المحفوظة في تاريخ النظام الشمسي.
في سلسلة من ثلاث ورقات نشرت في عدد هذا الأسبوع من مجلة Nature ، فريق دولي من علماء الكواكب ، رودني غوميز (المرصد الوطني للبرازيل) ، هارولد ليفيسون (معهد البحوث الجنوبي الغربي ، الولايات المتحدة) ، أليساندرو موربيدلي (Observatoire de la C) ؟ te d'Azur ، فرنسا) و Kleomenis Tsiganis (OCA وجامعة Thessaloniki ، اليونان) - تم جمعهما من خلال برنامج زائر استضافته مرصد C la te d'Azur في نيس - اقترح نموذجًا لا يحل بشكل طبيعي سر أصل LHB ، ولكنه يفسر أيضًا العديد من الخصائص الملحوظة لنظام الكواكب الخارجية.
يتصور هذا النموذج الجديد أن الكواكب العملاقة الأربعة ، المشتري ، زحل ، أورانوس ونبتون ، تشكلت في تكوين مداري صغير للغاية ، كان محاطًا بقرص من الأشياء الصغيرة المصنوعة من الجليد والصخور (المعروفة باسم "الكواكب الصغيرة"). تظهر المحاكاة العددية التي قام بها فريق نيس أن بعض هذه الكواكب الصغيرة تسربت ببطء من القرص بسبب تأثيرات الجاذبية للكواكب. لقد بعثرت الكواكب هذه الأجسام الصغيرة في جميع أنحاء النظام الشمسي ، وأحيانًا إلى الخارج وأحيانًا إلى الداخل.
يقول Tsiganis: "كما علمنا إسحاق نيوتن ، لكل فعل رد فعل متساو ومعاكس". "إذا ألقى كوكب بعيدًا عن النظام الشمسي كوكبيًا ، فإن الكوكب يتحرك نحو الشمس ، في مقابل تعويض ضئيل. من ناحية أخرى ، إذا تبدد الكوكب الكوكب المتجه نحو الداخل ، يقفز الكوكب بعيدًا قليلاً عن الشمس ".
تظهر المحاكاة العددية أنه في المتوسط ، تحرك المشتري إلى الداخل بينما تحركت الكواكب العملاقة الأخرى إلى الخارج.
في البداية ، كانت هذه عملية بطيئة جدًا ، حيث استغرقت ملايين السنين لتحريك الكواكب كمية صغيرة. ثم ، وفقا لهذا النموذج الجديد ، بعد 700 مليون سنة ، تغير الوضع فجأة. في ذلك الوقت ، هاجر زحل من خلال النقطة التي كانت فيها دائرته المدارية ضعف بالضبط فترة المشتري. تسبب هذا التكوين المداري الخاص في أن تصبح مدارات المشتري وزحل فجأة أكثر بيضاويًا.
يقول غوميز: "أدى ذلك إلى أن تتحول مدارات أورانوس ونبتون إلى صواميل". "أصبحت مداراتها غريبة للغاية وبدأت تشتت جاذبيتها بعضها عن بعض - وزحل أيضًا".
يجادل فريق نيس بأن هذا التطور في مدارات أورانوس ونبتون تسبب في LHB على القمر. تظهر المحاكاة الحاسوبية الخاصة بهم أن هذه الكواكب اخترقت بسرعة القرص الكوكبي ، وتشتت الأشياء في جميع أنحاء النظام الكوكبي. دخلت العديد من هذه الأشياء إلى النظام الشمسي الداخلي حيث قامت بتفتيت الأرض والقمر بالتأثيرات. بالإضافة إلى ذلك ، زعزعت العملية برمتها مدارات الكويكبات ، والتي كانت ستساهم أيضًا في LHB. وأخيرًا ، تسببت آثار الجاذبية للقرص الكوكبي في تطور أورانوس ونبتون إلى مداراتهما الحالية.
يقول ليفيسون: "إنه مقنع للغاية". لقد أجرينا عشرات المحاكاة لهذه العملية ، وإحصائيًا ، انتهى الكواكب في مدارات تشبه إلى حد كبير تلك التي نراها ، مع الانفصال الصحيح والانحرافات والميول. لذا ، بالإضافة إلى LHB ، يمكننا أيضًا تفسير مدارات الكواكب العملاقة. لم ينجز أي نموذج آخر أي شيء من قبل. "
ومع ذلك ، كان هناك عقبة أخرى يجب التغلب عليها. يحتوي النظام الشمسي حاليًا على مجموعة من الكويكبات التي تتبع في الأساس نفس مدار المشتري ، ولكنها تقود أو تتعقب ذلك الكوكب بمسافة زاوية تبلغ 60 درجة تقريبًا. تظهر المحاكاة الحاسوبية أن هذه الأجسام ، المعروفة باسم "كويكبات طروادة" ، كانت ستفقد مع تغير مدارات الكواكب العملاقة.
يقول موربيديلي: "جلسنا لعدة شهور قلقين بشأن هذه المشكلة ، التي بدت وكأنها تبطل نموذجنا ، حتى أدركنا أنه إذا استطاع طائر أن يهرب من قفص مفتوح ، فيمكن أن يأتي أحد آخر ويعشش فيه".
وجد فريق نيس أن بعض الأشياء التي كانت تدفع التطور الكوكبي ، والتي تسببت في LHB ، كان من الممكن أن يتم القبض عليها أيضًا في مدارات الكويكبات طروادة. في المحاكاة ، تحولت أحصنة طروادة المحاصرة إلى إعادة إنتاج التوزيع المداري لأحصنة طروادة المرصودة ، والتي لم يتم تفسيرها حتى الآن. كانت الكتلة الإجمالية المتوقعة للأجسام المحاصرة متسقة أيضًا مع عدد السكان المرصود.
بشكل عام ، يشرح النموذج الجديد لفريق نيس بشكل طبيعي مدارات الكواكب العملاقة ، كويكبات طروادة و LHB بدقة غير مسبوقة. يقول مردبيلي: "يشرح نموذجنا الكثير من الأشياء التي نعتقد أنها يجب أن تكون صحيحة بشكل أساسي". "يظهر هيكل النظام الشمسي الخارجي أن الكواكب ربما مرت بخلط جيد بعد انتهاء عملية تكوين الكوكب."
المصدر الأصلي: بيان صحفي SWRI
