سیارک بنو راز ۴.۵ میلیاردساله منظومه شمسی را فاش می‌کند
به گزارش گروه علم و فناوری برنا، نمونه‌هایی که ناسا از سیارک بنو جمع‌آوری کرده است، جزئیات شگفت‌انگیز تازه‌ای درباره چگونگی شکل‌گیری منظومه شمسی در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش آشکار می‌کنند. یک تحلیل شیمیایی جدید، نظریه‌های پیشین درباره محل تولد این سیارک را به چالش می‌کشد و نشان می‌دهد که مشتری نقش مهمی در شکل‌گیری موادی داشته است که بنو و دیگر اجرام باستانی از آنها به وجود آمده‌اند.
بنو هر ۱.۲ سال یک بار به دور خورشید می‌چرخد و تقریبا هر ۶ سال یک بار از فاصله نسبتا نزدیکی از زمین عبور می‌کند؛ به طوری‌که فاصله آن تا زمین به حدود ۳۰۰ هزار کیلومتر می‌رسد. ماموریت اُسیریس-رِکس (OSIRIS-REx) ناسا به این سیارک سفر کرد، موادی را از سطح آن جمع‌آوری کرد و در سال ۲۰۲۳ با موفقیت نمونه‌ها را به زمین بازگرداند.
در ۲۳ سپتامبر ۲۰۲۳، کپسولی حامل حدود ۱۲۰ گرم از مواد سیارک در بیابان ایالت یوتا در آمریکا فرود آمد. پس از آن، دانشمندان سراسر جهان بخش‌های کوچکی از این محموله ارزشمند را برای بررسی‌های دقیق دریافت کردند.
یکی از این پژوهشگران، ماریا شونباخلر، استاد ژئوشیمی ایزوتوپی در موسسه فناوری فدرال زوریخ (ETH Zurich) بود که آزمایشگاه او نیم گرم از مواد سیارک بنو را دریافت کرد. گروه او بلافاصله بررسی نمونه‌ها را برای یافتن سرنخ‌هایی از تاریخچه این سیارک آغاز کرد.
این پژوهش اثر انگشت شیمیایی متمایزی را آشکار کرده که نه تنها به شناسایی منشأ بنو کمک می‌کند، بلکه شواهد تازه‌ای درباره فرایند‌های شکل‌دهنده منظومه شمسی اولیه در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.
پژوهشگران موسسه فناوری فدرال زوریخ برای بررسی منشأ بنو، ایزوتوپ‌های سه عنصر آهن، تیتانیوم و کروم را مطالعه کردند.
ایزوتوپ‌ها شکل‌های متفاوت یک عنصر شیمیایی هستند که تعداد نوترون‌های آنها با یکدیگر تفاوت دارد و در نتیجه کمی جرم متفاوتی دارند. دانشمندان با اندازه‌گیری نسبت ایزوتوپ‌های مختلف می‌توانند اثر انگشت شیمیایی یک ماده را شناسایی کنند. این الگو‌ها سرنخ‌هایی درباره منشأ مواد سازنده یک سیارک و در برخی موارد، زمان شکل‌گیری آنها به دست می‌دهند.
نتایج تحلیل نشان داد که آهن و تیتانیوم در سراسر مواد بنو توزیعی بسیار یکنواخت دارند. پژوهشگران همچنین رابطه شیمیایی نزدیکی میان بنو، سیارک ریوگو و گروه نادری از شهاب‌سنگ‌های اولیه موسوم به شهاب‌سنگ‌های CI پیدا کردند.
شهاب‌سنگ‌های CI بقایای غنی از کربن منظومه شمسی اولیه هستند که طی میلیارد‌ها سال تغییرات نسبتا اندکی را پشت سر گذاشته‌اند. این شهاب‌سنگ‌ها در میان نمونه‌هایی که روی زمین پیدا می‌شوند، به‌شدت کمیاب‌اند.
بنو، ریوگو و شهاب‌سنگ‌های CI اثر انگشت ایزوتوپی بسیار مشابهی دارند. این شباهت نشان می‌دهد که مواد اولیه سازنده آنها احتمالا از یک مخزن مشترک از غبار کیهانی باستانی منشأ گرفته‌اند. در عین حال، امضای شیمیایی آنها تفاوت چشمگیری با سایر سیارک‌های شناخته شده، گروه‌های شهاب‌سنگی و سیاره‌ها دارد. این شباهت‌ها سرنخ مهمی درباره محل شکل‌گیری این اجرام و شرایط حاکم بر نخستین مراحل پیدایش منظومه شمسی در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند.
دانشمندان محل تولد غیرمنتظره بنو را کشف کردند
برای سال‌ها، پژوهشگران عموما تصور می‌کردند سیارک‌های اولیه‌ای مانند بنو در بخش‌های بیرونی منظومه شمسی شکل گرفته‌اند؛ شاید در همان نواحی دوردستی که دنباله‌دار‌ها در آنها به وجود آمده‌اند. آنها همچنین احتمال می‌دادند مواد اولیه بنو در مراحل نسبتا پایانی تکامل منظومه شمسی گرد هم آمده باشند. یافته‌های جدید هر دو فرضیه را به چالش می‌کشند.
در مقابل، پژوهشگران این احتمال را مطرح می‌کنند که مواد سازنده بنو، ریوگو و شهاب‌سنگ‌های CI در نزدیکی مرزی موسوم به خط یخ آب روی هم انباشته شده‌اند.
این مرز ناحیه‌ای در قرص پیرامون خورشید جوان را مشخص می‌کند که در آن دما به‌اندازه کافی پایین بوده است تا بخار آب به یخ تبدیل شود. حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش، این ناحیه ممکن است محل برخورد و آمیختگی مواد انتقال‌یافته از بخش‌های مختلف منظومه شمسی در حال شکل‌گیری بوده باشد.
غبار منشأ گرفته از نواحی داخلی و خارجی منظومه شمسی در نزدیکی این مرز با یکدیگر مخلوط می‌شد. یخ آب نیز به چسبیدن کوچک‌ترین ذرات به یکدیگر کمک می‌کرد و امکان می‌داد این ذرات به‌تدریج روی هم انباشته شوند و اجرام بزرگ‌تری را تشکیل دهند.
ترکیب شیمیایی غیرمعمول بنو نشان می‌دهد که این سیارک از آمیزه‌ای از مواد متعلق به هر دو ناحیه شکل گرفته است، نه از یک منبع منفرد و مجزا.
مشتری ممکن است نقشی اساسی در شکل‌گیری بنو داشته باشد
پژوهشگران همچنین سناریویی را برای توضیح چگونگی وقوع این آمیختگی ارائه کرده‌اند که در آن مشتری نقش محوری دارد.
مشتری در مراحل بسیار ابتدایی تاریخ منظومه شمسی، یعنی کمتر از یک میلیون سال پس از تولد خورشید، شکل‌گیری خود را آغاز کرد. در آن زمان، قرصی چرخان از گاز، غبار و یخ خورشید جوان را احاطه کرده بود.
درون این قرص، تعداد بی‌شماری از ذرات کوچک به تدریج با یکدیگر برخورد می‌کردند و به هم می‌چسبیدند. این فرایند که «برافزایش» نام دارد، به تشکیل اجرام بزرگ‌تر منجر می‌شد. با گذشت زمان، برخی از این اجرام در حال رشد به سیارک‌ها و سیاره‌ها تبدیل شدند.
با افزایش سریع جرم مشتری، تأثیر گرانشی عظیم این سیاره غول‌پیکر به تدریج توزیع مواد را در سراسر قرص تغییر داد.
پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که مشتری در حال رشد مانند نوعی مانع ساختاری عمل کرده است؛ مانعی که از عبور بیشتر ذرات بزرگ‌تر از ناحیه مداری خود جلوگیری می‌کرد، اما همچنان به ذرات ریزتر غبار اجازه می‌داد از اطراف آن عبور کنند. در نتیجه، این مواد ریز که از بخش‌های مختلف قرص منشأ گرفته بودند، می‌توانستند در نزدیکی خط یخ آب به‌شکل گسترده با یکدیگر مخلوط شوند.
بر اساس سناریوی پیشنهادی، اجرام مادر بنو و ریوگو و همچنین اجرامی که بعد‌ها شهاب‌سنگ‌های CI را به وجود آوردند، از همین مواد کاملا آمیخته شکل گرفته‌اند.
بنابراین، مشتری ممکن است نه تنها محل شکل‌گیری این سیارک‌های باستانی، بلکه نوع موادی را نیز تعیین کرده باشد که در ساختار آنها جای گرفته‌اند.
غبار و یخ باستانی، مواد اولیه سازنده زمین را آشکار می‌کنند
سناریوی پیشنهادی برای شکل‌گیری بنو می‌تواند دو ویژگی جالب این سیارک را نیز توضیح دهد: فراوانی مواد آب‌دار و شباهت شیمیایی آن به خورشید.
در نزدیکی مرز خط یخ آب، با تغییر دما ممکن بود یخ تبخیر شود و بخار آب آزاد کند. این بخار سپس می‌توانست در نواحی سردتر دوباره متراکم شود. چنین فرایندی به افزایش غلظت آب در مواد سازنده بنو کمک می‌کرد.
از سوی دیگر، تاثیر مشتری ممکن است حرکت ذرات بزرگ‌تر را محدود کرده باشد و در نتیجه، مواد سازنده جرم مادر بنو عمدتا از غبار ریز تشکیل شده باشند.
از آنجا که این ذرات کوچک می‌توانستند به راحتی در سراسر قرص جابه‌جا شوند و با یکدیگر ترکیب شوند، ترکیب شیمیایی را حفظ کردند که شباهت زیادی به ترکیب کلی عناصر موجود در خورشید دارد.
این فرایند را می‌توان تا حدودی به پراکنده‌شدن غبار ریز در محیط خانه تشبیه کرد؛ غباری که به جای باقی ماندن در یک نقطه، در سطوح مختلف پخش و ته‌نشین می‌شود. این آمیختگی گسترده می‌تواند توضیح دهد که چرا مواد بنو ترکیب شیمیایی نسبتا نماینده‌ای از مواد اولیه موجود در نخستین مراحل تاریخ منظومه شمسی را حفظ کرده‌اند. به همین دلیل، نمونه‌های این سیارک برای بازسازی شرایطی که پیش از تکمیل شکل‌گیری زمین و دیگر سیاره‌های سنگی وجود داشته‌اند، ارزش ویژه‌ای دارند.
اگرچه این یافته‌ها مشخص نمی‌کنند که این مواد دقیقا چگونه به زمین رسیده‌اند، شواهد ارزشمندی درباره منشأ آنها و چگونگی توزیعشان در سراسر منظومه شمسی جوان ارائه می‌دهند.
با وجود این کشفیات جدید، هنوز چند پرسش بی‌پاسخ باقی مانده است.
پژوهشگران همچنین می‌خواهند مشخص کنند که مشتری دقیقا چگونه بر حرکت غبار تاثیر گذاشته است و آیا اثرات گرانشی این سیاره در انباشته‌شدن ذرات بسیار ریز نقش داشته‌اند یا خیر.
جمع‌آوری نمونه از سیارک‌های دیگر می‌تواند به دانشمندان کمک کند سناریوی پیشنهادی برای شکل‌گیری بنو را آزمایش کنند و مشخص سازند که آیا امضای شیمیایی آن در اجرام باستانی دیگر نیز دیده می‌شود.
این نمونه‌های آینده می‌توانند قطعه دیگری از پازل را در اختیار دانشمندان قرار دهند و به آنها کمک کنند مشخص کنند نواحی مختلف منظومه شمسی اولیه چگونه مواد را میان خود جابه‌جا می‌کردند و در نهایت، سیاره‌ها، قمر‌ها و سیارک‌هایی را به وجود آوردند که امروزه مشاهده می‌کنیم.
