تمثيل فني لتأثير كبير وبطيء على بلوتو أدى إلى تكوين هيكل على شكل قلب على سطحه. المصدر: جامعة برن، تيبو روجر، تحرير
كيف هو الغموض بلوتو تم أخيرًا حل ميزة عملاقة على شكل قلب وجدت على سطحه من قبل فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية جامعة برن وأعضاء المركز الوطني للأبحاث (NCCR) PlanetS. يعد الفريق أول من نجح في إعادة إنتاج الشكل غير المعتاد من خلال عمليات المحاكاة العددية، والتي تُعزى إلى تأثير زاوية الميل العملاق والبطيء.
منذ أن كانت هناك كاميرات ناساواكتشفت مهمة نيو هورايزنز هيكلا كبيرا على شكل قلب على سطح الكوكب القزم بلوتو في عام 2015، وقد حير هذا “القلب” العلماء بسبب شكله الفريد وتكوينه الجيولوجي وارتفاعه. استخدم علماء من جامعة برن في سويسرا وجامعة أريزونا عمليات محاكاة رقمية للتحقيق في أصل سبوتنيك بلانيسيا، وهو الجزء الغربي على شكل دمعة من سطح قلب بلوتو.
وفقًا لأبحاثهم، تميز تاريخ بلوتو المبكر بحدث كارثي أدى إلى نشوء سبوتنيك بلانيتيا: اصطدامه بجسم كوكبي يبلغ قطره أكثر من 400 ميل، أي بحجم ولاية أريزونا من الشمال إلى الجنوب. يتم نشر النتائج التي توصل إليها الفريق علم الفلك الطبيعييختلف الهيكل الداخلي لبلوتو عما كان يُعتقد سابقًا، مما يشير إلى عدم وجود محيط تحت سطحه.
وقال أدين دينتون، عالم الكواكب في مرصد UArizona Lunar and Planetary Observatory: “إن تكوين سبوتنيك بلانيتيا يوفر نافذة مهمة على فترة مبكرة من تاريخ بلوتو”. “من خلال توسيع تحقيقاتنا لتشمل المزيد من سيناريوهات التكوين غير العادية، تعلمنا بعض الاحتمالات الجديدة لتطور بلوتو والتي تنطبق على الآخرين. حزام كويبر الكائنات أيضًا.”
منظر لبلوتو التقطته مركبة الفضاء نيوهورايزنز التابعة لناسا في 14 يوليو 2015. المصدر: ناسا/مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز/معهد الأبحاث الجنوبي الغربي
قلب مكسور
“القلب”، المعروف أيضًا باسم تومباك ريجيو، جذب انتباه الجمهور فور اكتشافه. لكنها جذبت اهتمام العلماء على الفور لأنها مغطاة بمادة عالية البياض تعكس ضوءًا أكثر من محيطها، مما يمنحها لونها الأبيض. ومع ذلك، فإن القلب ليس مصنوعًا من عنصر واحد. تبلغ مساحة سبوتنيك بلانيتيا حوالي 750×1250 ميلاً، أي حوالي ربع مساحة أوروبا أو الولايات المتحدة. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذه المنطقة أقل ارتفاعًا بحوالي 2.5 ميلًا من معظم سطح بلوتو.
وقال المؤلف الرئيسي: “في حين أن معظم سطح بلوتو يتكون من جليد الميثان ومشتقاته، والتي تشمل قشرة جليد الماء، فإن بلانيشيا مليئة بشكل أساسي بجليد النيتروجين، الذي تراكم بسرعة بعد الاصطدام بسبب ارتفاعه المنخفض”. في هذه الدراسة، هاري بالانتاين، باحث مشارك في برن. الجزء الشرقي من القلب مغطى أيضًا بطبقة مماثلة ولكن أرق من جليد النيتروجين، ولا يزال أصلها غير واضح للعلماء، ولكن قد يكون مرتبطًا بالسطح السبوتنيكي.
تأثير مائل
الشكل المستطيل لسبوتنيك بلانيتيا وموقعه عند خط الاستواء يعني أن الاصطدام لم يكن اصطدامًا مباشرًا، بل كان اصطدامًا مائلًا، وفقًا لمارتن جوتزي من جامعة برن، الذي بدأ الدراسة. مثل كثيرين آخرين حول العالم، أعاد الفريق إنشاء مثل هذه التأثيرات رقميًا باستخدام برنامج محاكاة هيدروديناميكية الجسيمات الناعمة، مع تغيير تكوين بلوتو وتأثيره، بالإضافة إلى سرعة وزاوية التأثير. وأكدت هذه المحاكاة شكوك العلماء حول زاوية ميل الاصطدام وحددت تركيبة الاصطدام.
“لأن نواة بلوتو باردة جدًا، كانت الصخور صلبة جدًا ولم تذوب بالرغم من حرارة الاصطدام، وبسبب زاوية الاصطدام والسرعة المنخفضة، لم يغوص نواة الاصطدام في نواة بلوتو، قال بالانتاين: “لكنه ظل صدعًا فيه”. تعد هذه القوة الأساسية والسرعة المنخفضة نسبيًا مفتاح نجاح عمليات المحاكاة هذه: فالقوة المنخفضة ستؤدي إلى سمة سطحية متبقية أكثر تناسقًا، لا تختلف عن شكل الدمعة الذي لاحظه مسبار نيو هورايزونز التابع لناسا أثناء تحليقه بالقرب من بلوتو في عام 2015. .
قال إريك أسباخ، أستاذ مختبر القمر والكواكب والمؤلف المشارك في الدراسة: “لقد اعتدنا على التفكير في اصطدامات الكواكب باعتبارها أحداثًا متطرفة بشكل لا يصدق حيث يمكنك تجاهل تفاصيل أخرى غير أشياء مثل الطاقة والزخم والكثافة”. منذ عام 2011، قام زملاء سويسريون باستكشاف فكرة “الذبذبات” الكوكبية لشرح الملامح البعيدة لقمر الأرض. “في النظام الشمسي البعيد، تكون السرعات أبطأ بكثير من الشمس، والجليد الصلب أقوى، لذلك عليك أن تكون دقيقًا جدًا في حساباتك. وهنا تبدأ المتعة.
بلوتو ليس لديه محيط سطحي
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 وليس في الآونة الأخيرة. لكن هذا يطرح مشكلة: من المتوقع أن يتحرك منخفض عملاق مثل سبوتنيك بلانيتيا ببطء نحو قطب الكوكب القزم مع مرور الوقت بسبب قوانين الفيزياء، حيث أنه أقل من محيطه. ومع ذلك فهي قريبة من خط الاستواء. اقترح تفسير نظري سابق وجود محيط مائي سائل تحت السطح، على غرار العديد من الأجسام الكوكبية في النظام الشمسي الخارجي. ووفقا لهذه الفرضية، ترقق قشرة بلوتو الجليدية في منطقة سبوتنيك بلانيسيا، مما يتسبب في تضخم المحيط إلى الأعلى، ولأن الماء السائل أكثر كثافة من الجليد، مما يتسبب في فائض كتلة يؤدي إلى الهجرة نحو خط الاستواء.
تقدم الدراسة الجديدة وجهة نظر بديلة، وفقًا للمؤلفين، تشير إلى عمليات المحاكاة التي تم فيها حفر الوشاح الأساسي لبلوتو بالكامل بسبب الاصطدام، ومع انقسام المادة الأساسية للاصطدام إلى قلب بلوتو، مما أدى إلى تكوين كتلة محلية. لا توجد هجرة جوفية رقيقة جدًا نحو خط الاستواء، أو على الأكثر.
وقال دينتون، الذي شرع بالفعل في مشروع بحثي لتقدير سرعة هذه الهجرة، إن فرضية الأصل الجديدة والمبتكرة لميزة شكل قلب بلوتو يمكن أن تؤدي إلى فهم أفضل لأصل الكوكب القزم.
ملحوظة: هاري أ. بالانتين، إريك أسفاج، ج. أدين دينتون، وألكسندر إمسنهوبر، ومارتن جوتزي، 15 أبريل 2024، “سبوتنيك بلانيسيا يكشف عن بصمة لكوكب صخري قديم. علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-024-02248-1
