מדוע כדור הארץ גדול ממאדים?

חוקרים שהשתמשו בתהליכים חדשים שזוהו במודלים של היווצרות כוכבי לכת, החל מהשלב הראשון שבו הם היו גופים זעירים המכונים pebbles, הצליחו להסביר מדוע מאדים קטן בהרבה מכדור הארץ. אותו תהליך מסביר גם את היצירה המהירה של ענקי הגז כדוגמת צדק ושבתאי.

חוקרים מהמכון המדעי סאות’ווסט פיתחו מודל של היווצרות כוכבי לכת המסביר את הבדלי הגודל והמסה בין כדור הארץ ומאדים.

תמונה: מאדים קטן בהרבה ומסתו רק כעשירית מזו של כדור הארץ. המודלים הקונבנציונליים של היווצרות מערכת השמש הצליחו ליצור מקבילות לכדור הארץ ולנוגה, אך גם חוזות שמאדים יהיה בגודל דומה או אף גדול יותר מכדור הארץ.

“סימולציה נומרית זו הצליחה ליצור את המבנה הנכון של מערכת השמש הפנימית עם כדור הארץ, נוגה ומאדים כשהוא קטן יותר”, אומר האל לויזון, מדען במחלקה למדעים הפלנטריים, החוקר הראשי של מאמר שפורסם ב-PNAS.

העובדה שמסת מאדים היא רק עשירית מזו של כדור הארץ היוותה חידה לתיאורטיקנים החוקרים את מערכת השמש. במודלים הסטנדרטיים של יצירת כוכבי לכת, נוצרים גופים בגדלים דומים באמצעות תהליך המכונה צמיחה. סלעים מצטבים על סלעים אחרים ויוצרים הרים לאחר מכן ההרים מצטברים לגושים גדולים יותר וכן הלאה. בעוד מודל צמיחה טיפוסי יוצר מקבילות טובות לכדור הארץ ולנוגה, הם חוזים כי מאדים יהיה בגודל דומה או אף גדול יותר מכדור הארץ. בנוסף, מודלים אלה גם מעריכים הערכת יתר את המסה הכוללת של חגורת האסטרואידים.
“הבנת הסיבות לכך שמאדים במציאות קטן מהצפוי מהווה בעיה גדולה שהקשתה על מאמצי המידול של מערכת השמש מזה עשורים” אמר לויזון. “לנו יש פתרון שנובע ישירות מתהליך היווצרות כוכבי הלכת עצמו.”
חישובים חדשים שנעשו בידי לויזון ועמיתיו עקבו אחר הצמיחה וההתפתחות של מערכת כוכבי לכת. הם המחישו כיצד המבנה של מערכת השמש הפנימית הוא תוצאה טבעית של המצב החדש של צמיחת כוכבי לכת המכונהViscously Stirred Pebble Accretion (VSPA). באמצעות VSPAהאבק מתגבש וצומח ל pebbles – גופים בגודל של כמה סנטימטרים. גופים כאלה מתגבשים ביחד באמצעות כוח המשיכה ויוצרים עצמים בגודל של אסטרואידים. בתנאים המתאימים, אסטרואידים מוקדמים אלה יכולים לספוח אליהם את ה- pebbles הנותרים, כאשר הסחיפה האווירודינמית דוחפת את ה- pebbles למסלול, שבו הם מסתחררים ומתמזגים לגוף פלנטרי גדול במהלך תקופת זמן קצרה יחסית.
ואולם המודלים החדשים גילו שלא כל האסטרואידים הקדמוניים היו במקום שבו התאפשר להם למשוך pebbles ולגדול. לדוגמה עצמים בגודלו של צרס (שקוטרו כאלף ק”מ), האסטרואיד הגדול ביותר בחגורת האסטרואידים, יגדלו מהר יותר באיזור המסלול הנוכחי של כדור הארץ אך לא יצליחו לצמוח ביעילות ליד המיקום הנוכחי של מאדים ומעבר לו מכיוון שהגרירה האווירודינמית תהיה חלשה מדי עבור תהליך לכידת ה-pebbles.
“המשמעות היא שמעט מאוד pebbles התנגשו כדי ליצור עצם גדול יותר במיקום הנוכחי של מאדים. הדבר מספק הסבר טבעי לגודלו הקטן של מאדים.” אומר החוקר. “באופן דומה הרבה פחות עצמים כאלה התגבשו בחגורת האסטרואידים והדבר גרם למסתה הנמוכה של החגורה. המקום היחיד לגדול ביעילות היה באיזורים הנוכחיים של כדור הארץ ונוגה.”
“למודלים הללו יש השלכות עצומות לחקר ההיסטוריה של חגורת האסטרואידים.” אומר ביל בוטקה, אף הוא מהמכון המדעי סאות’ווסט וחבר בצוות החוקרים. “מודלים קודמים הכילו כמות חומר במסה של כדור הארץ במסלולי מאדים וחגורת האסטרואידים ולכן יכלו כוכבי לכת לצמוח שם. המודל החדש חוזה כי חגורת האסטרואידים לעולם לא תכיל יותר מסה מאשר זו הנצפית בחגורת האסטרואידים.”
“מודל זה מספק לקהילת המדענים הפלנטריים תחזית הניתנת לבחינה. הוא גם יוכל להשתלב עם בדיקות החומרים במטאוריטים, חישה מרחוק ומשימות חלל” אומר בוטקה.
המחקר משלים מחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת נייצ’ר על ידי לויזון, קרטקה ומרטין דאנקן (מ-Queen’s University) המראה כיצד אותם pebbles יכולים ליצור את הליבות של ענקי הגז ולהסביר את המבנה של מערכת השמש החיצונית. שילוב של שתי העבודות מאפשר לייצר מערכת שמש שלמה מתהליך אחיד בודד.

להודעה של החוקרים