تصوير فني للتأثير الضخم البطيء الحركة على بلوتو والذي أدى إلى تكوين هيكل على شكل قلب على سطحه. المصدر: جامعة برن، تيبو روجر، تحرير
سر كيف بلوتو تم حل اكتشاف ميزة عملاقة على شكل قلب على سطحه أخيرًا من قبل فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية بقيادة جامعة برن وأعضاء المركز الوطني للكفاءة البحثية (PRN) PlanetS. يعد الفريق أول من نجح في إعادة إنتاج هذا الشكل غير العادي باستخدام عمليات المحاكاة العددية، ونسبه إلى تأثير عملاق بطيء الحركة بزاوية مائلة.
منذ كاميرات ناساواكتشفت مهمة نيو هورايزنز هيكلا كبيرا على شكل قلب على سطح الكوكب القزم بلوتو في عام 2015. وقد أثار هذا “القلب” اهتمام العلماء بسبب شكله الفريد وتكوينه الجيولوجي وارتفاعه. استخدم علماء من جامعة برن في سويسرا وجامعة أريزونا عمليات محاكاة رقمية لدراسة أصول سبوتنيك بلانيتيا، وهو الجزء الغربي على شكل دمعة من السطح الأساسي لبلوتو.
وفقًا لأبحاثهم، تميز تاريخ بلوتو المبكر بحدث كارثي أدى إلى تشكيل سبوتنيك بلانيتيا: اصطدامه بجسم كوكبي يزيد قطره عن 400 ميل، أي بحجم ولاية أريزونا تقريبًا من الشمال إلى الجنوب. النتائج التي توصل إليها الفريق، والتي نشرت في علم الفلك الطبيعيتشير أيضًا إلى أن البنية الداخلية لبلوتو تختلف عما كان مفترضًا سابقًا، مما يشير إلى عدم وجود محيط تحت السطح.
قال أديني دينتون، عالم الكواكب في مختبر الكواكب القمرية والكواكب في أريزونا والمؤلف المشارك في الدراسة: “إن تكوين سبوتنيك بلانيتيا يوفر نافذة مهمة على الفترات الأولى من تاريخ بلوتو”. “من خلال توسيع تحقيقاتنا لتشمل المزيد من سيناريوهات التكوين غير العادية، اكتشفنا احتمالات جديدة تمامًا لتطور بلوتو، والتي يمكن أن تنطبق على سيناريوهات أخرى.” حزام كويبر الكائنات أيضا.
منظر لبلوتو التقطته مركبة الفضاء نيو هورايزنز التابعة لناسا في 14 يوليو 2015. مصدر الصورة: NASA/مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز/معهد الأبحاث الجنوبي الغربي.
قلب منقسم
“القلب”، المعروف أيضًا باسم تومبو ريجيو، جذب انتباه الجمهور عند اكتشافه. ولكنها أيضًا أثارت اهتمام العلماء على الفور لأنها مغطاة بمادة عالية البياض تعكس ضوءًا أكثر من البيئة المحيطة بها، مما يخلق لونًا أكثر بياضًا. ومع ذلك، فإن القلب لا يتكون من عنصر واحد فقط. ويغطي سبوتنيك بلانيتيا مساحة تبلغ نحو 750 في 1250 ميلا، أي ما يعادل ربع مساحة أوروبا أو الولايات المتحدة. لكن ما يلفت النظر هو أن هذه المنطقة أقل ارتفاعًا بحوالي 2.5 ميل من معظم سطح بلوتو.
وقال المؤلف الرئيسي: “بينما تتكون الغالبية العظمى من سطح بلوتو من جليد الميثان ومشتقاته التي تغطي قشرة من الجليد المائي، فإن بلانيتيا مملوءة بشكل أساسي بجليد النيتروجين، والذي تراكم على الأرجح بسرعة بعد “الاصطدام بسبب الارتفاع المنخفض”. . من الدراسة هاري بالانتاين، باحث مشارك في برن. الجزء الشرقي من القلب مغطى أيضًا بطبقة مماثلة ولكن أرق بكثير من الجليد النيتروجيني، ولا يزال أصلها غير واضح للعلماء، ولكن من المحتمل أن يكون مرتبطًا بسبوتنيك بلانيتيا.
تأثير مائل
ويشير الشكل المطول لسبوتنيك بلانيتيا وموقعه عند خط الاستواء بقوة إلى أن الاصطدام لم يكن اصطداما أماميا مباشرا بل كان اصطداما مائلا، وفقا لمارتن جوتزي من جامعة برن، الذي قاد الدراسة. مثل العديد من الآخرين حول العالم، استخدم الفريق برنامج محاكاة هيدروديناميكية الجسيمات الملساء لإعادة إنشاء مثل هذه التأثيرات رقميًا، مع تغيير تكوين بلوتو وجسمه المصطدم، بالإضافة إلى سرعة وزاوية جسم الارتطام. أكدت عمليات المحاكاة هذه شكوك العلماء حول زاوية التأثير المائلة وحددت تكوين الجسم المصطدم.
“إن نواة بلوتو باردة جدًا لدرجة أن الصخور ظلت صلبة جدًا ولم تذوب على الرغم من حرارة الاصطدام، وبفضل زاوية الاصطدام والسرعة المنخفضة، لم تغوص نواة الاصطدام” في نواة بلوتو، ولكنها ظلت سليمة كرذاذ قال بالانتاين: “يتميز السطح المتبقي بدرجة عالية من التناسق ولا يشبه شكل الدمعة الذي لاحظه مسبار نيو هورايزنز التابع لناسا أثناء تحليقه بالقرب من بلوتو عام 2015”.
وقال إريك أسفوغ، الأستاذ في المختبر القمري والكواكب والمؤلف المشارك للدراسة: “لقد اعتدنا على التفكير في اصطدامات الكواكب كأحداث مكثفة بشكل لا يصدق يمكنك تجاهل تفاصيلها، باستثناء أشياء مثل الطاقة والزخم والكثافة”. ، الذي تعاون فريقه مع فريقه. يستكشف زملاء سويسريون منذ عام 2011 فكرة “الانفجارات” الكوكبية لشرح، على سبيل المثال، خصائص الجانب البعيد من القمر. “في النظام الشمسي البعيد، تكون السرعات أبطأ بكثير من تلك الأقرب إلى الشمس، والجليد الصلب صلب، لذلك عليك أن تكون أكثر دقة في حساباتك. هنا يبدا المرح.
لا يوجد محيط تحت الأرض على بلوتو
تلقي الدراسة الحالية أيضًا ضوءًا جديدًا على البنية الداخلية لبلوتو. في الواقع، من المرجح أن يكون الاصطدام العملاق مثل ذلك الذي تمت محاكاته قد حدث في وقت مبكر جدًا من تاريخ بلوتو مقارنة بالأزمنة الحديثة. ومع ذلك، فإن هذا يطرح مشكلة: منخفض عملاق مثل سبوتنيك بلانيتيا يجب أن ينجرف ببطء نحو قطب الكوكب القزم مع مرور الوقت بسبب قوانين الفيزياء، لأنه أقل كتلة من محيطه. ومع ذلك، ظلت قريبة من خط الاستواء. استند التفسير النظري السابق إلى وجود محيط من الماء السائل تحت الأرض، على غرار العديد من الأجسام الكوكبية الأخرى في النظام الشمسي الخارجي. وفقًا لهذه الفرضية، ستكون القشرة الجليدية لبلوتو أرق في منطقة سبوتنيك بلانيتيا، مما يتسبب في انتفاخ المحيط للأعلى، وبما أن الماء السائل أكثر كثافة من الجليد، مما يتسبب في زيادة الكتلة مما يؤدي إلى الهجرة نحو خط الاستواء.
يقول المؤلفون إن الدراسة الجديدة تقدم وجهة نظر بديلة من خلال الإشارة إلى عمليات المحاكاة التي يتم فيها حفر الوشاح البدائي لبلوتو بالكامل من خلال الاصطدام، وعندما تتناثر المواد من قلب المرتطم على قلب بلوتو، فإنها تخلق كتلة محلية زائدة يمكن أن تفسر التأثير. . الهجرة نحو خط الاستواء دون وجود محيط جوفي، أو على الأكثر رقيقًا جدًا.
وقال دينتون، الذي شرع بالفعل في مشروع بحثي لتقدير سرعة هذه الهجرة، إن هذه الفرضية الجديدة والمبتكرة حول أصل شكل بلوتو على شكل قلب يمكن أن تؤدي إلى فهم أفضل لأصل الكوكب القزم.
المرجع: “سبوتنيك بلانيتيا كأثر ارتطامي يدل على وجود ماسكون صخري قديم في بلوتو بلا محيط” بقلم هاري أ. بالانتين، وإريك أسفوغ، وسي. أدين دينتون، وألكسندر إمسنهوبر، ومارتن جوتزي، 15 أبريل 2024، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-024-02248-1
