Загадка железного сердца Меркурия: новый взгляд на рождение планеты

Образование Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты, продолжает оставаться одной из наиболее интригующих загадок планетологии. Его уникальность заключается в аномальном внутреннем строении: непропорционально большое металлическое ядро составляет около 70% массы планеты, в то время как каменистая мантия относительно невелика.

Традиционно доминирующей гипотезой, объясняющей эту диспропорцию, считалась теория катастрофического столкновения, в результате которого Меркурий лишился значительной части своей коры и мантии. Однако динамическое моделирование показало низкую статистическую вероятность подобных событий, предполагающих столкновение с телом, сильно отличающимся по массе.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, предлагает альтернативное и более правдоподобное с точки зрения динамики ранней Солнечной системы объяснение. Его первый автор, Патрик Франко из Национальной обсерватории Бразирии и Института физики земного шара в Париже, утверждает, что ключ к разгадке может лежать в ином типе событий — почти столкновении или скользящем ударе двух протопланет схожей массы. Подобные взаимодействия между телами-современниками были гораздо более распространены на поздних стадиях формирования планет, когда вблизи Солнца множество объектов схожих размеров конкурировали за пространство, гравитационно возмущая орбиты друг друга и периодически сталкиваясь.

Для проверки этой гипотезы исследователи применили численный метод гидродинамики сглаженных частиц. Этот метод, основанный на лагранжевом формализме, позволяет с высокой точностью моделировать поведение веществ, включая твердые материалы, в условиях экстремальных деформаций, столкновений и фрагментации, отслеживая движение каждой отдельной частицы системы. Результаты моделирования продемонстрировали, что столкновение двух протопланет сопоставимой массы способно с погрешностью менее 5% воспроизвести как общую массу современного Меркурия, так и его необычное соотношение металлов и силикатов.

Исходя из предположения, что первоначальный состав Меркурия был сходен с составом других планет земной группы, модель показывает, что столкновение могло привести к потере до 60% первоначальной мантии. Это объясняет как повышенную металличность планеты, так и сохранение лишь тонкого слоя каменистого материала на ее поверхности.

Важным отличием нового сценария является механизм потери вещества. В отличие от прежних моделей, где большая часть выброшенного материала в конечном счете возвращалась на планету, в данной модели значительная часть мантийного вещества может быть безвозвратно выброшена в космическое пространство, что и закрепляет наблюдаемую диспропорцию между ядром и мантией.

Возникающий при этом вопрос о судьбе выброшенного материала пока остается открытым. Исследователи выдвигают гипотезу, что если столкновение произошло на близких орбитах, то этот материал мог быть впоследствии аккрецирован другой формирующейся планетой, вероятнее всего, Венерой. Данное предположение требует дальнейшего, более глубокого изучения.

Предложенная модель имеет значительный потенциал для расширения и может быть применена для изучения формирования других каменистых планет, внося вклад в понимание процессов дифференциации и потери вещества в ранней Солнечной системе. Следующие шаги в исследовании должны включать сравнение результатов моделирования с геохимическими данными, полученными из метеоритов, а также с образцами и информацией от космических миссий, таких как BepiColombo.

Как отмечает Патрик Франко, несмотря на то, что Меркурий остается наименее изученной планетой нашей системы, новые исследования и миссии открывают перед учеными захватывающие перспективы для разгадки его тайн.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях