Имеющая массивное железное ядро и ультратонкую кору, планета Меркурий является странным объектом Солнечной системы. Существует гипотеза, что в юности планеты катастрофическое столкновение лишило ее внешних слоев. Это позволило тяжелому металлическому ядру стать основой Меркурия. Новые исследования показывают, что планета получила мощный удар. Или целую серия ударов. Эволюционный путь, который прошел Меркурий, почти не встречается среди других планет.
Планета Меркурий и ее химия
Когда космический аппарат НАСА «MESSENGER» прибыл к Меркурию в 2011 году, он обнаружил на планете относительно высокие уровни натрия и тория. «Поскольку эти элементы довольно летучи, они, как ожидается, должны были быть потеряны при высокотемпературных событиях, таких как гигантские удары», – заявила журналистам Элис Чау, аспирантка из Цюрихского университета.
Озадаченные полученными данными, Чау и ее коллеги смоделировали три разных сценария. Ученые хотели выяснить, какой из них является наиболее вероятным объяснением формирования Меркурия. Все сценарии учитывали свойства обнаруженных элементов.
«Формирование Меркурия гигантскими ударами возможно, но это маловероятное событие», – сообщила Чау и ее коллеги в своей статье.
Это заявление соответствует наблюдениям, которые производились с помощью таких инструментов, как космический телескоп NASA «Кеплер». До сих пор из более чем 5541 подтвержденных экзопланет были идентифицированы только несколько скалистых миров, более плотных, чем планета Меркурий.
Уникальный мир
Меркурий – самая маленькая полноценная планета в Солнечной системе. Но при этом является второй по плотности, уступая только Земле. Большая часть планеты состоит из гигантского ядра, которое, по разным оценкам, занимает от 70 до 85 процентов объема планеты. В 1988 году исследователи предположили, что необычно большое ядро планеты было результатом гигантского удара. Он и лишил планету ее мантии.
Но «MESSENGER» внес смуту в теорию столкновения, когда обнаружил на Меркурии легкие элементы. Ученые начали сомневаться, что высокие энергии и температуры, возникающие при ударе, оставили на поверхности планеты летучие материалы, обнаруженные «MESSENGER». Однако в последние годы исследователи начали подвергать сомнению свои предположения. Они стали склоняться к тому, что элементы, которые присутствуют на Меркурии, могли выдержать катастрофическое воздействие.
«Возможно удар привел к испарению этих элементов. Но они снова конденсировались на поверхности Меркурия», – заявила Чау. Другое объяснение заключается в том, что летучие вещества поступают из глубины планеты. И после столкновения были выпущены в виде газов.
Поэтому Чау и ее коллеги смоделировали три разных сценария воздействия: прямой удар, удар под острым углом и несколько ударов от небольших объектов. Ученые обнаружили, что каждый случай был сложным, но по-своему.
На ранней стадии образования планет возникло гораздо больше восьми ядер, которые в конечном итоге стали планетами Солнечной системы. Эти объекты и их младшие братья летали по всей Солнечной системе и сталкивались друг с другом. Ученые считают, что один из таких объектов врезался в молодую Землю. В результате этого события появилась Луна.
«Столкновения были частым явлением на ранних стадиях формирования Солнечной системы», – сказала Чау.
Результаты моделирования
Результаты проведенного моделирования были таковы: «Наиболее вероятно, что планета Меркурий образовался в результате двух столкновений. Они произошли под углом 28 градусов и скоростью около 20 километров в секунду», – сообщили исследователи.
Важную роль в процессе также сыграл временной интервал между столкновениями. После выброса материала необходимо около тысячи лет, чтобы облако обломков остыло и осело на планете. Поскольку каждое столкновение влияет на следующее, горячее облако материала, окружающее потрепанный Меркурий после первого столкновения, влияет на то, сколько материала планета может выбросить. Если у Меркурия было время остыть между ударами, он удержал бы большую часть своего материала.
«Чем чаще столкновения происходили по времени, тем быстрее Меркурий терял свою мантию», – заявила Чау.
Итак, сценарий по которому сформировался Меркурий, установлен? Исследователи не уверены в этом.
«Каждый из смоделированных сценариев требует особых условий. И каждый из них имеет свои преимущества и недостатки», – сказала Чау. Она отметила, что сценарий одного или двух массивных ударов требует нестандартных условий.
«Необходимые условия для реализации сценария множественных воздействий более правдоподобны. Но на данный момент у нас недостаточно информации, чтобы предпочесть один сценарий другому», – сказала она.
Поскольку оба сценария реализуют крайне маловероятные события, это означает, что богатые металлом миры, такие как планета Меркурий, вероятно, достаточно редкой встречаются во Вселенной.