من أين تأتي الكواكب؟ يمكن أن تصبح العملية برمتها معقدة. تواجه الأجنة الكوكبية أحيانًا عوائق في نموها تحولها إلى كويكبات أو نوى كوكبية عارية. ولكن تم الإجابة أخيرًا على سؤال واحد على الأقل حول كيفية تشكل الكواكب: كيف تحصل على الماء.
لعقود من الزمن، اقترحت نظريات تكوين الكواكب باستمرار أن الكواكب تتلقى الماء من شظايا الصخور المغطاة بالجليد والتي تتشكل في المناطق الخارجية المتجمدة لأقراص الكواكب الأولية، حيث لا يتمتع الضوء والحرارة الصادران عن نجم النظام الناشئ بالكثافة اللازمة للذوبان الجليد. عندما يقوم الاحتكاك الناتج عن غاز القرص والغبار بتحريك هذه الحصى نحو النجم، فإنها تجلب الماء والجليد الآخر إلى الكواكب بعد عبور خط الثلج، حيث ترتفع درجة حرارة الأشياء بدرجة كافية بحيث يتسامى الجليد ويطلق كميات هائلة من بخار الماء. حتى الآن، كل هذا كان مجرد فرضية.
وقد لاحظ تلسكوب جيمس ويب التابع لناسا الآن أدلة رائدة على هذه الأفكار من خلال تصوير أربعة أقراص كوكبية أولية شابة. استخدم التلسكوب جهاز Webb Mid-Infrared Instrument (MIRI) مطياف متوسط الدقة (MRS) لجمع هذه البيانات، لأنها حساسة بشكل خاص. مع بخار الماء. Webb a découvert que dans deux de ces disques, des quantités massives de vapeur d’eau froide apparaissaient au-delà de la ligne de neige, confirmant que la glace sublimée à partir de cailloux gelés peut effectivement fournir de l’eau à des planètes comme خاصتنا.
على الحافة
وضع ويب عينه التي يضرب بها المثل على أربعة أقراص كوكبية أولية يبلغ عمرها حوالي 2 أو 3 ملايين سنة وتتشكل حول نجوم تشبه الشمس. من بين هذه الأقراص، كان اثنان منها مضغوطين، بينما كان الاثنان الآخران أكبر حجمًا وبهما فجوات متعددة تقاطع القرص. أراد فريق البحث الذي يقف وراء هذا البحث معرفة ما إذا كان الماء قد تم إحضاره إلى القرص الداخلي عن طريق تسامي الجليد على الحصى الذي انجرف إلى الداخل من حواف القرص. وكانوا يحاولون أيضًا تحديد ما إذا كان هذا قد حدث بشكل أكثر فعالية على الأقراص المضغوطة أو الأكبر حجمًا.
وجدت الدراسات السابقة التي أجريت باستخدام تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا وALMA بيانات تشير إلى أن انجراف الحصى من الخارج إلى داخل القرص، بالإضافة إلى تبخر الجليد لاحقًا، أمر ممكن. ولسوء الحظ، كانت البيانات غير واضحة بسبب انخفاض دقتها؛ كانت الخطوط الطيفية التي حددت وجود الماء غير واضحة. ساعدت دقة ويب العالية في فصل هذه الخطوط بحيث تكون أكثر وضوحًا وتظهر أطياف الماء الساخن والبارد.
كان باحثو ويب يبحثون عن المياه العذبة، والتي من شأنها أن تشير إلى جليد متسامي يؤكد الأفكار السابقة حول انجراف الحصى المتجمد. الماء الساخن الموجود في القرص يمكن أن يكون بمثابة دليل فقط، لأنه من المحتمل أن يعني أن الانجراف والتسامي قد حدثا بالفعل وأن بخار الماء الناتج قد تم تسخينه الآن بواسطة ولادة النجوم في النظام الكوكبي.
من الحجر إلى الكوكب
وفي القرصين الأكبر حجمًا، وجد أن الحصى المتجمدة في الأنظمة الأكبر تواجه صعوبة في المرور عبر الفجوات. غالبًا ما يتم القبض عليهم بواسطة مواد أخرى تطفو في الخرق ويصبحون عالقين هناك بدلاً من الاستمرار في الانجراف نحو الداخل. كما أنها تميل أيضًا إلى مواجهة مصائد الضغط، أو مناطق الضغط المتزايد التي تتسبب في تراكمها، الأمر الذي لا يمنعها تمامًا من الانجراف ولكنه يعمل كمطب للسرعة الكونية. وعلى الرغم من اكتشاف بخار الماء العذب في هذه الأقراص، إلا أنه لم تكن هناك كمية كبيرة من البخار عند خط الثلج الذي كان يبحث عنه الفريق.
شكلت ملاحظات الأقراص المضغوطة تقدمًا كبيرًا. أظهرت البيانات التي أعادها ويب أنه على الرغم من وجود أطياف تشير إلى وجود انبعاثات بخار ماء أكثر سخونة بعيدًا داخل القرص، إلا أنه كان هناك أيضًا فائض من الماء البارد خارج خط الثلج مباشرةً. ومن هناك يتحرك بخار الماء نحو الأجزاء الداخلية للقرص.
وقال الباحثون في مقال: “يوفر انجراف الحصى والاصطياد عملية أساسية وطبيعية للربط على نطاق واسع بين المناطق الداخلية والخارجية للقرص، وهو ما يمكن أن يفسر الماء البارد الزائد الذي كشفت عنه MIRI في الأقراص المدمجة التي تم تحليلها في هذا العمل”. دراسة حديثة. نشرت في رسائل من مجلة الفيزياء الفلكية.
فماذا يحدث من هناك؟ في نهاية المطاف، سوف تصطدم الحصى المنجرفة الخالية من الجليد ببعضها البعض حتى تبدأ في التراكم لتشكل ما يمكن أن يصبح كوكبًا في النهاية. يمكن تزويد هذا الكوكب الافتراضي لاحقًا ببخار الماء، ويمكن أن يصبح أرضًا أخرى خلال مليارات السنين. ربما تكون نظائرها لكوكبنا موجودة بالفعل. ربما لم يتشكلوا بعد.
رسائل من مجلة الفيزياء الفلكية، 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/acf5ec
