كيف تشكل قمر بلوتو الكبير شارون؟ يقول العلماء: “بقبلة”.

قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.

لعقود من الزمن، حاول علماء الفلك تحديد كيفية حصول بلوتو على قمره الكبير غير المعتاد شارون، والذي يبلغ حجمه حوالي نصف حجم الكوكب القزم. الآن، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن بلوتو وشارون اجتمعا معًا لفترة وجيزة منذ مليارات السنين في تصادم “القبلة والتقاط” المكتشف حديثًا.

لقد افترض العلماء منذ فترة طويلة أن شارون تشكل إلى حد كبير مثل قمر الأرض، والذي تم إنشاؤه بعد اصطدام جسم بحجم المريخ بكوكبنا. أدى الاصطدام إلى إرسال الحطام المنصهر من الأرض إلى الفضاء، والذي اجتمع في نهاية المطاف في مدار حول عالمنا وبردت لتشكل القمر.

لكن هذه النظريات لم تأخذ في الاعتبار حقيقة أن بلوتو وشارون قد يتمتعان بسلامة بنيوية أكبر مثل الأجسام الصخرية الجليدية الموجودة على الحافة المتجمدة للنظام الشمسي. وقالت أديني دينتون، مؤلفة الدراسة الرئيسية للبحث الذي نشر يوم الاثنين في مجلة Nature Geoscience: “إن بلوتو وشارون مختلفان، فهما أصغر حجما وأكثر برودة ويتكونان بشكل أساسي من الصخور والجليد”.

بدلًا من ذلك، من المرجح أن بلوتو وشارون بقيا على حالهما تقريبًا بعد اصطدامهما، حيث دارا معًا ليشكلا جسمًا على شكل رجل ثلج كوني قبل أن ينفصلا في النظام الثنائي الموجود لديهما اليوم، حسبما قال مؤلفو الدراسة. تتشكل الأنظمة الثنائية عندما يدور جسمان سماويان حول مركز مشترك للكتلة، مثل المتزلجين الذين يدورون وهم ممسكين بأيديهم، وفقًا للمؤلفين.

قال دينتون، زميل برنامج ما بعد الدكتوراه التابع لوكالة ناسا في معهد أبحاث الجنوب الغربي في بولدر، كولورادو: “تصنف معظم سيناريوهات الاصطدام الكوكبي على أنها سيناريوهات “الضرب والهرب” أو “الرعي والاندماج”. “ما اكتشفناه هو شيء مختلف تمامًا – سيناريو “التقبيل والالتقاط” حيث تتصادم الجثث، وتلتصق ببعضها البعض لفترة وجيزة ثم تنفصل بينما تظل مقيدة بالجاذبية”. (أجرى دينتون البحث كباحث ما بعد الدكتوراه في مختبر القمر والكواكب بجامعة أريزونا).

هذا النوع الجديد من الاصطدامات السماوية الذي كشفت عنه دينتون وزملاؤها يمكن أن يسلط الضوء على كيفية تشكل الكواكب وتطورها وكذلك كيف اكتسبت الأجسام الأخرى في الأطراف الخارجية لنظامنا الشمسي أقمارها الخاصة. وقد يقدم البحث الجديد دليلاً على وجود محيط تحت سطح الأرض تحت قشرة بلوتو الجليدية.

كيف تكتسب الكواكب الأقمار

يمثل كل من شارون وقمر الأرض جزءًا كبيرًا من حجم الجسم الرئيسي الذي يدوران حوله، وهو على عكس الأقمار الأصغر الأخرى التي تدور حول الكواكب في جميع أنحاء نظامنا الشمسي. (لدى بلوتو أربعة أقمار أصغر إلى جانب شارون).

على سبيل المثال، يدور حول المريخ قمران صغيران على شكل بطاطس يُطلق عليهما فوبوس ودييموس، ومن المحتمل أن يكونا كويكبين استحوذت عليهما جاذبية الكوكب الأحمر.

لكن دينتون قال إن هذا النوع من التشكيل غير مرجح بالنسبة لأجسام كبيرة مثل قمرنا أو شارون. وقال دينتون إن الأمثلة الأخرى على الاصطدامات هي الاصطدام والهرب، عندما يصطدم جسم ما بكوكب ويستمر في التحرك، أو الاحتكاك والاندماج، عندما يضرب جسم ما كوكبًا ويجتمعان معًا.

نماذج أبسط من أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، تحاكي كيفية ظهور بلوتو وشارون في اتجاههما الحالي، تدعم فكرة اصطدام بعض الأجسام ببلوتو لتكوين شارون. وقال دينتون إنه في هذا السيناريو، تم اعتبار المادة المتصادمة بمثابة سائل عديم القوة، مما يعني أن بلوتو وشارون كانا يشبهان نقطتين دوارتين ومنحنيتين، كما هو الحال في مصباح الحمم البركانية.

خلال السنوات الخمس الماضية، حدثت تطورات في عمليات محاكاة نماذج تكوين الاصطدام، مما سمح للباحثين بإدراج خصائص القوة المادية للأجرام السماوية – مثل بلوتو باعتبارها نواة صخرية مغطاة بالجليد. وقال دينتون إن بلوتو يحتوي على صخور أكثر من الجليد، في حين أن شارون يتكون من 50% صخورًا و50% جليدًا.

عندما قامت دينتون وزملاؤها بمحاكاة الاصطدام بما في ذلك الخصائص الهيكلية لبلوتو وشارون، كانوا أكثر قدرة على تحديد زخم التأثير المتبادل بين كلا الجسمين وكذلك النتيجة النهائية.

في حين أنه من المحتمل أن يكون بلوتو وشارون قد تبادلا بعض المواد أثناء الاصطدام، فقد ظل كلاهما سليمًا إلى حد كبير بسبب تكوينهما، حيث التصقا ببعضهما البعض ليشكلا شكلًا يشبه رجل الثلج ويدوران كجسم واحد حتى دفع بلوتو شارون إلى مدار أبعد مع مرور الوقت.

قال دينتون في رسالة بالبريد الإلكتروني: “لقد فوجئنا بالتأكيد بجزء “القبلة” من التقبيل والالتقاط”. “لم يكن هناك حقًا نوع من التأثير من قبل حيث يندمج الجسدان مؤقتًا فقط قبل الانفصال مرة أخرى.”

وتشير النتائج إلى أن شارون قد يكون قديمًا مثل بلوتو. الباحثون ليسوا متأكدين تمامًا من وقت حدوث الاصطدام، ولكن من المحتمل أنه حدث قبل حوالي 4 مليارات سنة، في وقت مبكر من تاريخ النظام الشمسي، الذي يقدر عمره بـ 4.6 مليار سنة.

“نحن نعلم أن ذلك حدث في وقت مبكر إلى حد ما، لأنه حدث عندما حدثت اصطدامات عملاقة – وفي وقت مبكر، أعني في عشرات الملايين من السنين بعد تكوين النظام الشمسي، في نفس الوقت تقريبًا (لتكوين قمر الأرض)” ، قال دينتون. قال.

وقالت الدكتورة كاتارينا ميليكوفيتش، الأستاذة ونائبة رئيس كلية علوم الأرض والكواكب في جامعة كيرتن في أستراليا، إن الدراسة هي “مثال رائع على التقدم في الجيوفيزياء العددية”. ولم تشارك في البحث الجديد.

وكتب ميلجكوفيتش في مقال: “إنها توفر حلاً أنيقًا لأصل نظام بلوتو-شارون، حيث أدت معالجة الخصائص الفيزيائية للأجسام الكوكبية بدقة أعلى إلى تأثير أكثر جدوى وسيناريو التقاط لأصل هذا النظام”. بريد إلكتروني.

محيط تحت سطح الأرض

ينتمي بلوتو إلى مجموعة من الأجرام التي تدور حول الشمس بشكل بعيد تسمى حزام كويبر، حيث لا تزال هناك آلاف من البقايا الجليدية التي خلفتها عملية تكوين النظام الشمسي. وقال دينتون إن ثمانية من أكبر عشرة أجسام في حزام كايبر لها أقمار كبيرة مثل شارون، مما يعني أن تصادمات “القبلة والالتقاط” ربما حدثت عبر حزام كايبر مع تشكل النظام الشمسي.

“إن إضافة المزيد من الواقعية الفيزيائية إلى نماذج التأثير – والتي يتعين علينا أحيانًا انتظارها بينما تلحق التكنولوجيا بتعقيد العالم الطبيعي – قد غير الإجابة وفتح مجموعة جديدة من التواريخ المحتملة لبلوتو وشارون ومجموعة كبيرة من الكواكب”. وقالت أليسا رودن، عالمة في معهد أبحاث الجنوب الغربي، في رسالة بالبريد الإلكتروني: “إنها كائنات أخرى في حزام كويبر”.

بدأ كل من رودن ودنتون العمل من خلال برنامج ما بعد الدكتوراه لعلم الأحياء الفلكي التابع لناسا في سبتمبر، لكن رودن لم يكن جزءًا من دراسة بلوتو.

يشتبه بعض العلماء في إمكانية وجود محيط تحت القشرة الجليدية السميكة لبلوتو، لكن أثيرت أسئلة حول كيفية تشكل مثل هذا المحيط في هذا العالم المتجمد.

وقال دينتون إن سيناريو الاصطدام الجديد يدعم تكوين المحيط لأن مثل هذه التأثيرات تؤدي إلى تسخين الأجرام السماوية. على سبيل المثال، كان من الممكن أن يؤدي اصطدام شارون ببلوتو إلى رفع درجة حرارة القشرة الجليدية للكوكب القزم، مما قد يتسبب في ذوبانه وتشكيل محيط تحت السطح.

قالت رودن إنها تشعر بالفضول لمعرفة ما إذا كانت مثل هذه التغييرات قد حدثت أيضًا على أجسام أخرى في حزام كويبر ذات أقمار كبيرة.

“هل هناك شيء مميز في الاصطدام المكوِّن لشارون – أو خصائص بلوتو والمرتطم – التي دفعت بلوتو إلى أن يصبح عالمًا محيطيًا نادرًا (كائن حزام كويبر)؟” قال رودن.

ومن الممكن أيضًا أنه بعد انفصال شارون عن بلوتو، وانتقاله من مدار قريب إلى مدار أبعد، شهد كلا الجسمين تسخينًا مديًا. تحدث هذه العملية عندما يتم تسخين الأجزاء الداخلية للكواكب أو الأقمار بسبب قوى الجاذبية بين جسمين في المدار.

وقال دينتون: “هذا أمر مهم لأننا لسنا متأكدين من الظروف الحرارية التي ربما كان بلوتو يمتلكها قبل الاصطدام”. “إذا تشكل بلوتو كجسم أكثر برودة بدون محيط، فإن الاصطدام العملاق قد يوفر نقطة التحول الرئيسية لدفع بلوتو نحو تكوين محيط تحت السطح والحفاظ عليه.”

لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com