Почему Меркурий такой странный? Во всем виноваты внешние планеты

Меркурий на сегодняшний день является самой маленькой планетой в Солнечной системе, его масса и объем составляют всего около 5,5% от массы и объема Земли . Несмотря на эту миниатюрность, Меркурий ухитряется быть второй по плотности планетой в Солнечной системе с колоссальными 98% плотностью Земли.

Меркурий имеет такую ​​невероятную плотность благодаря своему большому ядру, которое простирается примерно на 85% всего радиуса планеты. Для сравнения, ядро ​​Земли пропорционально примерно вполовину меньше.

С тех самых пор, как астрономы начали разрабатывать модели формирования Солнечной системы, им было трудно объяснить странное сочетание маленького размера Меркурия и огромного ядра. Наши лучшие модели до сих пор отражают только общую картину формирования внутренних планет, период продолжительностью около 100 миллионов лет, в течение которого маленькие планетезимали сталкивались, чтобы сформировать планеты, которые мы имеем сегодня. Эти симуляции могут получить правильное количество внутренних планет (четыре) и их общие параметры, такие как эллиптичность их орбит, и сделать все это за правильное количество времени.

Но эти симуляции регулярно не дают правильного представления о массах внутренних планет, и особенно они не в состоянии объяснить, почему у Меркурия такое большое ядро.

Астрономы раскопали тайну Меркурия. Хотя они не могли полностью объяснить все свойства Меркурия, они подошли гораздо ближе, чем предыдущие группы, и они утверждают, что их результаты указывают в правильном направлении.

Первая цель — объяснить небольшой размер Меркурия . Частично это, безусловно, вызвано относительной нехваткой строительного материала в раннем протопланетном диске, который в конечном итоге превратился в планеты вокруг молодого солнца . Моделирование развития протопланетных дисков предполагает, что они имеют тенденцию быть тоньше к своим внутренним краям в результате действия центробежной силы и радиационного давления растущей звезды в центре. 

Во-вторых, внешние планеты образовались не на своем нынешнем месте. На разных радиусах их орбит просто не хватило материала, чтобы построить их там. Поэтому они должны были сформироваться ближе друг к другу и ближе к звезде, где плотность газа была самой высокой. Сформировавшись, они начали гравитационно взаимодействовать друг с другом, притягивая соседние планеты в течение миллионов лет, пока не достигли своих нынешних орбит.

В своих симуляциях исследователи обнаружили, что этот танец внешних планет сильно истощил самые внутренние области протопланетного диска, удалив даже небольшое количество материала, который уже был там. Несмотря на то, что планеты-гиганты находятся очень далеко от орбиты Меркурия, их массивный размер более чем компенсирует это расстояние, а их движения вызывают нестабильность во внутреннем диске. Эти крошечные гравитационные буксиры способны отправлять материал прямо на Солнце или даже полностью выбрасывать его из Солнечной системы.

Итак, Меркурий был обречен стать маленьким. Но как насчет его большого ядра? Исследователи обнаружили, что они могут объяснить такое впечатляющее ядро ​​тем же сценарием, который истощил сырье для прото-Меркурия. Когда планеты только начали формироваться, Меркурий был не одинок; он делил орбиту с десятками, если не сотнями других планетезималей и протопланет. Гравитационные игры внешних планет удалили многие из этих протопланет из внутренней Солнечной системы, но многие остались позади.

А потом пошли столкновения. Исследователи обнаружили, что молодой Меркурий пережил десятки (а возможно, и сотни) столкновений с объектами аналогичного размера. Такие столкновения было довольно сильными, способными оторвать и испарить любые легкие минералы. Остались только более тяжелые элементы, образующие ядра планет. С каждым столкновением Меркурий набирал массу ядра, но не более легкие материалы мантии и коры.

Хотя модель исследователей правдоподобна, она не совсем отражает полную картину. Хотя они могут построить Меркурий с правильным размером ядра на правильной орбите, они все же не могут воспроизвести общий размер планеты. Их смоделированные Меркурии всегда оказываются слишком большими.

Тем не менее эти результаты все равно можно считать серьезным прогрессом. Теперь ясно, что планеты-гиганты сыграли важную роль в формировании внутренней части Солнечной системы, и их способность удалять материал с внутреннего протопланетного диска подготовила почву для того, чтобы Меркурий испытал столкновения, необходимые для создания его ядра. Будем надеяться, что более детальное моделирование зафиксирует всю сложную динамику молодой Солнечной системы и создаст полную картину истории всех планет.  

По материалам space.com