كتب – رامز يوسف:
كيف أصبح كوكبنا، وسط كل هذا الجمود القارس، دافئًا ومضيافًا وداعمًا للحياة؟
الإجابة عن هذا السؤال، معقدة ومتعددة الجوانب، وجزء منها يأتي من الكيمياء الكونية، وهو مجال متعدد التخصصات يدرس كيفية توزيع العناصر الكيميائية.
النظام الشمسي مكانٌ نابض بالحياة، كل شيء فيه يتحرك. كان أكثر فوضوية قبل 4.5 مليار سنة، عندما كانت الكواكب لا تزال تتشكل، والكواكب الصغيرة والأجنة الكوكبية تدور وتصطدم ببعضها البعض.
بطريقة ما، في خضم هذه الفوضى، تلقت الأرض أكثر من حصتها من الكوندريتات الكربونية والأحماض الأمينية والمواد الكيميائية الأخرى التي جاءت منها الحياة.
أظهرت دراسات الكيمياء الكونية أن ما بين 5% و10% من كتلة الأرض جاءت من الكوندريتات الكربونية التي اصطدمت بالكوكب الفتي. تُظهر الدراسات أيضًا أن جزءًا كبيرًا من ذلك جاء من نيزك ثيا الذي كوّن القمر.
ولاختبار هذه الأفكار بدقة أكبر، استخدم 3 باحثين محاكاة ديناميكية لتكوين النظام الشمسي لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم تكراره.
يحمل البحث عنوان “الأصل الديناميكي لثيا، آخر كوكب عملاق ضرب الأرض”. المؤلف الرئيسي هو دوارتي برانكو من معهد الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء في مرصد لشبونة الفلكي في البرتغال. وسيُنشر البحث في مجلة إيكاروس.
من أهم الفروقات في الكيمياء الكونية هو الفرق بين الكوندريتات الكربونية (CCs) والنيازك غير الكربونية (NCs). يُقسّم هذا الفرق النيازك في النظام الشمسي إلى مجموعتين، ويشير إلى أن النظام الشمسي يحتوي على خزانين متميزين من المواد.
تشكلت الكوندريتات الكربونية على مسافة أبعد من الشمس، على الأرجح خلف كوكب المشتري، وتحمل معها مواد متطايرة أكثر مثل الماء والمركبات العضوية. تشمل الكواكب الكونية أشياءً مثل النيازك الحديدية، وتحتوي على مواد متطايرة أقل.
ولاختبار فكرة أن كوكب ثيا نقل الكواكب الكونية والمواد المتطايرة إلى الأرض، أجرى الباحثون عمليات محاكاة مفصلة للنظام الشمسي.
بدأت عمليات المحاكاة في المراحل المتأخرة من نمو الكواكب بعد تشتت القرص الغازي للنظام الشمسي. قُسِّمت الكتلة الصلبة المتاحة إلى كواكب مصغرة وأجنة كوكبية.
الأجنة الكوكبية
شملت المحاكاة الكواكب الكونية التي تبعثرت إلى الداخل بينما كان كوكبا المشتري وزحل لا يزالان ينموان ويراكمان المادة. ونظرًا للاختلاف في الحجم بين الكواكب المصغرة والأجنة الكوكبية، فإن الأجنة لديها احتمالية أكبر للتفاعل مع الكواكب الأرضية ونقل مادة الكواكب الكونية.
أجرى الباحثون 3 أنواع من عمليات المحاكاة. النوع الأول يُطلق عليه “الصغير فقط” ويتضمن فقط أجسام الكواكب المصغرة. السيناريو الثاني، الذي يُطلق عليه “الكبير فقط”، يشمل فقط أجسام CC الكبيرة، أي الأجنة الكوكبية. أما السيناريو الثالث، فيشمل كلاً من الكواكب الصغيرة والأجنة الكوكبية، ويُسمى “السيناريو المختلط”.
في مجموعة فرعية من 10 عمليات محاكاة من كل سيناريو من هذه السيناريوهات، أُدرج تأثير عدم الاستقرار الديناميكي للكواكب العملاقة. يُعرف هذا في علم الفلك باسم “نموذج نيس”، ويصف كيف غيّرت الكواكب العملاقة مداراتها عن مكان تشكلها في البداية.
كان الهدف فهم كيف انتهى الأمر بالأرض بامتلاك الأجنة الكوكبية أكثر من الكواكب الصخرية الأخرى، وخاصة المريخ. كما أراد الباحثون فهم ما إذا كان اصطدام ثيا مسؤولاً عن توصيل كمية كبيرة من مادة الأجنة الكوكبية للأرض.
إحدى النتائج الواضحة أن دور عدم استقرار الكواكب العملاقة، وخاصة تحول كوكب المشتري إلى مدار مختلف، كان له تأثير واضح على تراكم مادة الأجنة الكوكبية للأرض.
عندما أضاف الباحثون عدم استقرار ديناميكيات الكواكب العملاقة، بدت الأمور أكثر إثارة للاهتمام. وكتب الباحثون: “غيّر عدم استقرار الكواكب العملاقة تطور النظام بشكل جذري، مسببًا نبضة قوية من إثارة الانحراف المركزي، ما أدى إلى موجة من الاصطدامات والقذف”. ومع ذلك، لم تتغير الحالة النهائية للنظام كثيرًا.
يتعلق جزء أساسي من عمليات المحاكاة بجسم ثيا المصطدم. تشير الأبحاث السابقة إلى أن ثيا ربما كان جسمًا كربونيًا. إذا كان هذا صحيحًا، فقد يكون جزء كبير من قابلية الأرض للحياة قد نتج عن هذا الاصطدام. في السيناريو المختلط الذي لا يتضمن عدم استقرار الكواكب العملاقة، تضمن الجسم المصطدم الأخير بالأرض عنصرًا من عناصر الكوندريت الكربوني في أكثر من نصف عمليات المحاكاة. في 38.5% من عمليات المحاكاة، كان الجسم المصطدم الأخير جنينًا من الكوندريت الكربوني النقي، وفي 13.5% أخرى، كان الجسم المصطدم جنينًا من الكوندريت الكربوني الذي تراكم سابقًا، وفقًا للباحثين.
بشكل عام، ترسم عمليات المحاكاة صورة للنظام الشمسي في بداياته، حيث كان هناك حلقتان متميزتان من الكواكب المصغرة. حلقة داخلية تتكون من الكواكب المصغرة الصخرية وحلقة خارجية من الكوندريت الكربوني.
لاحقًا، مع هجرة الكواكب الجليدية العملاقة إلى الداخل، دفعت مواد الكوندريت الكربوني إلى النظام الشمسي الداخلي. حُبس بعضها في حزام الكويكبات، بينما توزعت الكواكب الأكبر حجمًا بشكل تفضيلي في مدارات الكواكب الصخرية.
يوضح المؤلفون أن “التراكم المتأخر للكواكب الأرضية تضمن سلسلة من التصادمات العملاقة بين أجنة الكواكب الصغيرة والكواكب المصغرة، مع تصادمات عرضية لأجرام الأجنة الكوكبية”.
يشرح هذا السيناريو عدة أمور تتعلق بالنظام الشمسي، فهو يفسر كتل ومدارات الكواكب الأرضية، والتوزيع المداري للكويكبات. كما أنه يطابق نسبة كتلة CC للأرض والمريخ، حيث يفتقر المريخ إلى نفس تركيزات مادة الأجنة الكوكبية الموجودة في الأرض.
إذا كانت المحاكاة الصغيرة فقط صحيحة، حيث كانت مادة الأجنة الكوكبية على شكل كواكب مصغرة فقط، فإن نسبة كتلة الأجنة الكوكبية للمريخ والأرض ستكون متماثلة تقريبًا.
سعى الباحثون، تماشيًا مع أبحاث أخرى، إلى إثبات أن ثيا ربما كان آخر جسم كبير اصطدم بالأرض، وأنه احتوى على كميات وفيرة من مادة الكربون المتفاعل. ويبدو أنهم نجحوا في ذلك.
في عمليات المحاكاة، كان آخر اصطدام ضخم للأرض بثيا، وكان ذلك الجسم يحتوي على تركيزات أعلى من مادة الكربون المتفاعل، مما ساعد على جعل الأرض صالحة للسكن. وتتوافق هذه النتيجة مع التفكير العلمي.
يُظهر العمل أن آخر اصطدام حدث بعد فترة تتراوح بين 5 و150 مليون سنة من تشتت الغاز. وحدث جزء كبير من هذه الاصطدامات في غضون 20 إلى 70 مليون سنة. هناك شكوك حول توقيت اصطدام ثيا، وهذه النتائج تُطبق في هذه الفترة.
تدعم عمليات المحاكاة أيضًا استنتاجات أخرى تُظهر أن أجنة الغلاف الجوي الكوكبي والكواكب المصغرة ربما تكون قد تراكمت خلال نمو الأرض، ولكنها تركزت في مراحل لاحقة من النمو.
يكتب المؤلفون: “في سياق هذا السيناريو، احتوى آخر جسم عملاق اصطدم بالأرض على مكون الغلاف الجوي الكوكبي في حوالي نصف عمليات المحاكاة المختلطة”.
“في غالبية هذه العمليات (38% من عمليات المحاكاة)، كان ثيا جنينًا غلافًا جويًا كوكبيًا سليمًا، وفي بقية الحالات كان ثيا جنينًا غلافًا جويًا كوكبيًا تراكم سابقًا جنينًا غلافًا جويًا كوكبيًا”.
يُظهر البحث أيضًا أن كوكب المشتري لعب دورًا مهمًا في بنية النظام الشمسي. لم يقتصر الأمر على تقليص حزام الكويكبات فحسب، بل لعب دورًا مهما في تحديد التركيب النهائي للكواكب الأرضية من خلال تشتيت مادة الكربون الكربوني من النظام الشمسي الخارجي في مسار الكواكب الصخرية، وخاصةً الأرض.
كان لا بد من وجود مليون عامل مناسب تمامًا لكي تصبح الأرض العالم الذي هي عليه اليوم، عالمًا صالحًا للحياة. لا يُعرف مدى احتمالية وجود عوالم أخرى مشابهة. قد يتطلب الأمر أكثر من مجرد وجود كوكب خارجي في منطقة صالحة للسكن لدعم الحياة.
المصدر: Universe Today
اقرأ أيضا:
