อธิบายแกนโลหะขนาดมหึมาของดาวพุธ
การก่อตัวของดาวพุธยังคงเป็นปริศนาที่หาคำตอบไม่ได้ ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดดวงนี้มีแกนกลางโลหะที่มีขนาดใหญ่อย่างไม่สมเหตุสมผล โดยมีมวลถึง 70% ของมวลดาวเคราะห์ และมีชั้นเนื้อหรือแมนเทิลที่ค่อนข้างเล็ก
จนกระทั่งบัดนี้ คำอธิบายที่เป็นที่ยอมรับกันมากที่สุดก็คือ ดาวพุธสูญเสียเปลือกและเนื้อจำนวนมากออกไปหลังจากเกิดการชนที่รุนแรงกับวัตถุฟากฟ้าขนาดใหญ่ดวงหนึ่ง อย่างไรก็ตาม แบบจำลองเสมือนจริงพลวัตได้แสดงว่าการชนลักษณะนี้ที่เกิดจากมวลที่แตกต่างกันมากนั้นเกิดขึ้นได้ยากมากๆ การศึกษาใหม่ได้เสนอคำอธิบายทางเลือกโดยอ้างอิงเหตุการณ์ชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นในระบบสุริยะยุคต้นได้บ่อยกว่ามาก เป็นการชนแบบเฉี่ยวๆ ระหว่างวัตถุที่มีมวลใกล้เคียงกัน การค้นพบเผยแพร่ในวารสาร Nature Astronomy
ดาวพุธมีเส้นผ่าศูนย์กลางราว 2400 กิโลเมตร และมีแกนกลางที่ใหญ่ถึง 1800 กิโลเมตร โลกมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 12700 กิโลเมตรและมีแกนกลางขนาด 7000 กิโลเมตร ภาพปก ภาพดาวพุธจากปฏิบัติการ MESSENGER
Patrick Franco ผู้เขียนคนแรกในการศึกษา นักดาราศาสตร์ปริญญาเอกที่หอสังเกตการณ์แห่งชาติ บราซิล และนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่สถาบันฟิสิกส์และโลกแห่งปารีส ฝรั่งเศส กล่าวว่า จากแบบจำลองเสมือนจริง เราได้แสดงว่าการก่อตัวดาวพุธไม่จำเป็นต้องใช้การชนแบบพิเศษ แต่การชนแบบเฉี่ยวๆ ระหว่างดาวเคราะห์ทารก(protoplanets) สองดวงที่มีมวลใกล้เคียงกันก็อธิบายองค์ประกอบของมันได้แล้ว นี่เป็นลำดับเหตุการณ์ที่สมเหตุสมผลมากกว่าจากแง่มุมทางสถิติและพลวัต
งานของเรามีพื้นฐานจากการค้นพบที่เกิดกับแบบจำลองเสมือนจริงก่อนหน้านี้ที่บอกว่า การชนระหว่างวัตถุที่มีขนาดต่างกันอย่างมากนั้นเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นได้ยากยิ่งสุดขั้ว การชนระหว่างวัตถุที่มีมวลใกล้เคียงกันพบได้ทั่วไปกว่า และเป้าหมายของการศึกษานี้ก็คือ ระบุให้ได้แน่ชัดว่าการชนเหล่านี้จะสามารถสร้างดาวเคราะห์ที่มีคุณลักษณะอย่างที่พบบนดาวพุธได้หรือไม่
การชนที่อาจเกิดขึ้นน่าจะต้องเกิดในช่วงค่อนข้างปลายของการก่อตัวระบบสุริยะเมื่อวัตถุหินที่มีขนาดใกล้เคียงกันแย่งพื้นที่ในพื้นที่ส่วนในที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ พวกมันเป็นวัตถุที่มีการพัฒนา ตัวอยู่ภายในแหล่งสร้างวัตถุดิบสำหรับดาวเคราะห์, มีปฏิสัมพันธ์ทางแรงโน้มถ่วง รบกวนวงโคจรซึ่งกันและกัน และแม้แต่ชนกันจนกระทั่งอยู่ในสภาพวงโคจรที่ต่างคนต่างอยู่อย่างเสถียรได้เหมือนที่เราได้เห็น Franco อธิบาย
ความหลากหลายทางเคมีในพื้นที่ต่างๆ บนดาวพุธ ซึ่งทำแผนที่โดย XRS บนยาน MESSENGER
เพื่อสร้างลำดับเหตุการณ์ในสมมุติฐานนี้ขึ้นมาอีกครั้ง นักวิจัยใช้วิธีการคำนวณที่เรียกว่า SPH(smoothed particle hydrodynamics) ซึ่งสามารถจำลองการเคลื่อนที่ของก๊าซ, ของเหลว และวัสดุสารของแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทที่เกี่ยวข้องกับการแปรสภาพ, การชน หรือการแตกหักที่เกิดอย่างรุนแรงได้ ซึ่งโดยปกติจะใช้ในงานทางเอกภพวิทยา, ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ และพลวัตดาวเคราะห์ เช่นเดียวกับวิศวกรรมศาสตร์และคอมพิวเตอร์กราฟฟิค
จากแบบจำลองเสมือนจริงรายละเอียดใน SPH เราพบว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างทั้งมวลรวมดาวพุธและอัตราส่วนโลหะต่อซิลิเกตที่สูงได้อย่างแม่นยำ ค่าความคลาดเคลื่อนของแบบจำลองมีไม่ถึง 5% Franco กล่าว แบบจำลองช่วยอธิบายว่าเพราะเหตุใด ดาวพุธที่มีมวลรวมที่ต่ำแม้จะมีแกนโลหะขนาดใหญ่ และเพราะเหตุใดจึงมีชั้นหินบางๆ เหลือไว้เท่านั้น เราสันนิษฐานว่าดาวพุธตอนเริ่มต้นมีองค์ประกอบที่เหมือนกับดาวเคราะห์หินอื่นๆ การชนน่าจะฉีกชั้นแมนเทิลเดิมออกไปถึง 60% ซึ่งน่าจะอธิบายความเป็นโลหะที่สูงมากได้
นอกจากนี้ แบบจำลองใหม่ยังหลีกเลี่ยงข้อจำกัดที่พบในลำดับเหตุการณ์ก่อนหน้านี้ได้ ในลำดับเหตุการณ์ดังกล่าว วัสดุสารที่ถูกทึ้งออกมาในระหว่างการชนก็จะกลับไปหาดาวเคราะห์อีกครั้ง ถ้าเป็นกรณีนี้ ดาวศุกร์ก็ไม่น่าจะมีสัดส่วนแกนต่อแมนเทิลอย่างที่พบในปัจจุบัน แต่ในแบบจำลองใหม่ที่เราเสนอซึ่งขึ้นอยู่กับสภาวะเริ่มต้น วัสดุสารบางส่วนที่ถูกทึ้งออกไปอาจจะหลุดหายไปเลย รักษาให้แกนต่อแมนเทิลยังสูงอยู่ Franco กล่าว
ภาพนิ่งจากแบบจำลองเสมือนจริงแสดงการชน โดยวัตถุตั้งต้นก่อนเป็นดาวพุธ(proto-Mercury) มวล 0.13 เท่าโลกมีชั้นแมนเทิลสีชมพูและแกนกลางสีเขียวฟ้า , วัตถุที่ชนแมนเทิลสีแดงและแกนกลางสีเหลือง ความเร็วของการชนนั้นค่อนข้างต่ำและมุมการชนที่ 32.5 องศา (b) (c) แสดงการชนและวัสดุสารที่ถูกเป่ากระจายออกมา (d) แสดงว่าที่ดาวพุธมีมวล 0.056 มวลโลก ใกล้เคียงกับที่ตรวจสอบได้ที่ 0.055 เท่า ในขณะที่แมนเทิลหายไปราว 60%
แต่ก็ยังมีคำถามเหลืออยู่ว่า วัสดุสารที่ถูกทึ้งออกมาหายไปไหน งานวิจัยใหม่บอกว่าการชนน่าจะเกิดขึ้นในช่วงไม่กี่สิบล้านปีแรกของการก่อตัวดาวเคราะห์เมื่อยังมีกลไกหลายอย่างที่ป้องกันไม่ให้เศษซากที่หลุดออกมากลับไปรวมกับดาวเคราะห์ได้ ซึ่งน่าจะมีวัตถุดิบดาวเคราห์(planetesimals) มากมายที่น่าจะกระจายเศษซากออกด้วยความโน้มถ่วง หรือสดุสารนี้อาจไปผนวกกับดาวศุกร์ที่อยู่ใกล้ๆ ก็เป็นสมมุติฐานที่ยังต้องสืบสวนในรายละเอียดเบื้องลึกต่อไป
Franco บอกว่าแบบจำลองที่เสนอขึ้นมาสามารถขยายไปสู่การสืบสวนการก่อตัวของดาวเคราะห์หินอื่นๆ และส่งผลต่อความเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการการแบ่งชั้นหิน(differentiation) และการสูญเสียวัสดุสารในระบบสุริยะยุคต้น ก้าวต่อไปในงานวิจัยน่าจะรวมถึงการเปรียบเทียบกับข้อมูลทางธรณีเคมีจากอุกกาบาตและตัวอย่างจากปฏิบัติการอวกาศที่ได้ศึกษาดาวพุธอย่าง ปฏิบัติการเบปิโคลอมโบ(Bepi Colombo) ซึ่งเป็นปฏิบัติการร่วมขององค์กรอวกาศยุโรป(ESA) กับองค์กรการสำรวจการบินอวกาศญี่ปุ่น(JAXA) ซึ่งจะไปถึงดาวพุธในปี 2026
ปฏิบัติการยังมียานโคจรคู่หนึ่งที่จะทำการศึกษาดาวเคราะห์อย่างบูรณาการ โดยรวม พวกมันขนเครื่องมือวิทยาศาสตร์ไปมากกว่า 20 ชนิด ซึ่งจะตรวจสอบแกนของแข็งและของเหลวของดาวพุธ และตรวจสอบขนาดของพวกมัน มันยังทำแผนที่สนามแม่เหล็กและสนามแรงโน้มถ่วงของดาวพุธด้วย แม้ผลสรุปอาจจะไม่ได้ยืนยันสมมุติฐานการชนงานใหม่นี้ แต่ข้อมูลที่มีรายละเอียดมากขึ้นก็จะช่วยพัฒนาความเข้าใจดาวพุธให้คืบหน้าไปได้อย่างไม่ต้องสงสัย
ดาวพุธยังคงเป็นดาวเคราะห์ที่ถูกศึกษาน้อยที่สุดในระบบของเรา แต่นั่นก็กำลังเปลี่ยนไป มีปฏิบัติการและงานวิจัยใหม่ๆ ที่กำลังดำเนินและมีเรื่องน่าสนใจหลายอย่างที่กำลังจะตามมา Franco กล่าว
แหล่งข่าว phys.org : collisions between two bodies of similar mass may explain the formation of Mercury
sciencealert.com : Mercury’s bizarre core may be the result of a collision with its twin
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
