„Problem Merkurego” rozwiązany. Pierwsza planeta miała brata bliźniaka

Merkury, planeta położona najbliżej Słońca, to sprawca jednej z największych zagadek planetologii. Cechą charakterystyczną tego ciała niebieskiego jest wyjątkowo duże jądro metaliczne, które stanowi około 70% jego masy, oraz stosunkowo cienki płaszcz skalny. Tak nieproporcjonalnie ciężkie jądro było dla astronomów niemożliwe do wytłumaczenia. „Problem Merkurego” był nierozwiązywalny. Aż do teraz.

Dlaczego Merkury jest tak nietypowy?

Przez wiele lat dominowała hipoteza, że nietypowa budowa Merkurego jest skutkiem katastrofalnego zderzenia z masywnym ciałem niebieskim. To tłumaczyłoby utratę większości skorupy i płaszcza. Problemem pozostawał jednak fakt, że kolizje obiektów o różnych masach są w Układzie Słonecznym czymś niezwykle rzadkim.

Najnowsze badanie, opublikowane w czasopiśmie „Nature Astronomy” przez zespół Patricka Franco (Obserwatorium Narodowe w Brazylii, Institut de Physique du Globe de Paris), proponuje nieco inne wyjaśnienie.

Badacze wskazują, że powstanie Merkurego mogło być skutkiem częściowego zderzenia dwóch protoplanet o zbliżonych masach. Tego typu zdarzenia były wielokrotnie częstsze w młodym Układzie Słonecznym, kiedy planety dopiero się formowały.

Okoliczności zderzenia protoplanet

Według Franco w końcowych etapach formowania planet skalistych w wewnętrznych rejonach Układu Słonecznego znajdowało się wiele ciał o podobnych rozmiarach. Oddziaływały one ze sobą grawitacyjnie, zaburzając swoje orbity, co czasem doprowadzało do zderzeń.

Do odtworzenia takiego scenariusza naukowcy wykorzystali metodę SPH (ang. smoothed particle hydrodynamics), szeroko stosowaną w astrofizyce i kosmologii. Technika ta pozwala symulować ruchy cząstek, analizując procesy takie jak deformacje, fragmentacje czy kolizje.

Merkury mógł utracić aż 60% płaszcza

Wyniki okazały się wyjątkowo jasne. Symulacje wykazały, że częściowe zderzenie mogło skutkować powstaniem planety o całkowitej masie i stosunku metali do krzemianów odpowiadającym współczesnemu Merkuremu, z błędem mniejszym niż 5%.

Zakłada się, że pierwotnie Merkury miał skład chemiczny zbliżony do Ziemi czy Wenus. Jednak w wyniku kolizji mógł utracić nawet 60% płaszcza, co tłumaczy dominację jądra metalicznego i niewielką grubość warstwy skalnej.

Model Franco rozwiązuje też problem obecny w starszych teoriach powstania Merkurego. Wcześniej sądzono, że materia rozproszona w wyniku kolizji powinna zostać ponownie przechwycona przez jego pole grawitacyjnie. Wtedy nie byłoby nieproporcjonalnego jądra. Nowy model jednak wskazuje, że część wyrzuconej materii mogła w ogóle nie wrócić, a nawet zostać przejęta przez inne planety w trakcie ich formowania się, na przykład przez Wenus.

Przyszłość badań nad Merkurym

Ten nowy scenariusz przyda się nie tylko do badania Merkurego. Może też tłumaczyć powstawanie innych planet skalistych oraz procesy utraty masy w młodym Układzie Słonecznym. Kolejnym etapem badań będzie porównanie wyników symulacji z danymi geochemicznymi z meteorytów oraz próbkami z misji kosmicznych. Szczególne znaczenie będą miały obserwacje z misji „BepiColombo” realizowanej przez ESA i JAXA.

Jak podkreśla Franco, Merkury pozostaje najmniej poznaną planetą naszego systemu. Jednak nowa fala badań i misji pozwala sądzić, że w nadchodzących latach możemy spodziewać się przełomowych odkryć.

Źródło: Nature Astronomy

Nasza autorka

Magdalena Rudzka

Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.