شناسایی بهتر بقایای منظومه شمسی در دوران اولیه

دانشمندان معتقدند منظومه‌ی شمسی ۴.۶ میلیارد سال پیش شکل گرفته است. در آن زمان ابری از گاز، تحت گرانش رمبش کرد و احتمالاً منشا چنین روندی، یک انفجار عظیم از ستاره‌ی پرجرم مجاور یا یک ابرنواختر بوده است. این ابر با رمبش خود، دیسکی چرخان را با مرکزیت خورشید به وجود آورد.

از آن زمان دانشمندان توانسته‌اند شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی را ذره ذره تثبیت کنند. اکنون، دانشمندان دانشگاه نیومکزیکو، دانشگاه ایالتی آریزونا و مرکز فضایی جانسون ناسا با پژوهش‌های جدید تکه‌‌ی دیگری را بر پازل خود افزوده‌اند. این تکه جدید یکی از قدیمی‌ترین انواع شهاب‌سنگ آذرین است.

این پژوهش تحت عنوان پدیده‌ی آتش‌فشانی غنی از سیلیکا در اوایل منظومه شمسی مربوط به ۴.۵۶۵ میلیون سال پیش در Nature Communications منتشر شد. پژوهش فوق شواهدی را نشان می‌دهد که سنگ‌های پوسته‌ای غنی از سیلیکا به لحاظ شیمیایی خرده‌سیاره‌هایی را تشکیل می‌دادند که ۱۰ میلیون سال بر سیاره‌هایی سنگی پیشی داشتند. این اطلاعات به دانشمندان در فهم بیشتر پیچیدگی شکل‌گیری سیاره‌ها کمک می‌کند. استاد و رئیس مؤسسه شهاب‌سنگ‌شناسی UNM کارل اگی می‌گوید:

عمر این شهاب‌سنگ بسیار زیاد است و از قدیمی‌ترین انواع شهاب‌سنگ آذرین شناخته شده است؛ نه تنها غیرمعمول‌ترین نوع سنگ است، بلکه به ما می‌گوید که تمامی سیارک‌ها شبیه به هم نیستند. برخی مشابه پوسته‌ی زمین‌ هستند، زیرا رنگی روشن دارند و پر از SiO2 هستند. این نمونه‌ها وجود دارند، اما فرایند شکل‌گیری آن‌ها در اوایل فرایندهای آتش‌فشانی در منظومه شمسی رخ داد.

اندازه نمونه NWA 11119 مشابه توپ بیسبال است. اعتبار: دانشگاه نیومکزیکو

موضوع پژوهش مذکور وقتی خود را نشان داد که دانشجوی فارغ‌التحصیل و نویسنده‌ی ارشد پورنا سرینیواسان در UNM از اگی برای تز دکترای خود ایده خواست. اگی یک سنگ پوسته‌ای در اختیار داشت و بنابراین می‌بایست مطالعاتی روی آن انجام دهد. این سنگ توسط یک چادرنشین در تپه‌ی شن و ماسه‌ای در موریتانی یافت شد. سنگ نسبت به اکثر شهاب‌سنگ‌ها رنگ روشنی داشت، بلورهای سبز رنگ و سوراخ‌هایی در آن دیده می‌شد و با گدازه سردشده احاطه شده بود. او نمونه را به سرینیواسان داد؛ او نیز شروع به مطالعه کانی‌شناسی سنگ 11119 (Northwest Africa (NWA کرد.

سرینیواسان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و CT اسکن (توموگرافی رایانه‌ای) در UNM و مرکز فضایی جانسون ناسا شروع به آزمایش ترکیب و کانی‌شناسی سنگ کرد. او متوجه ریزه‌کاری‌های NWA 11119 شد و همچنین به پوسته‌ی غیرعادی گداخته‌ی آن به رنگ سبز روشن و شهاب‌سنگ اکوندریت غنی از سیلیکا پی برد. این سنگ‌ها به‌نوبه خود حاوی اطلاعاتی بودند که دانش علمی ما را به‌طور پیوسته گسترش می‌دادند. این اطلاعات شامل ترکیبات سنگ آتش‌فشانی در ۳.۵ میلیون سال اولیه شکل‌گیری منظومه شمسی بود. سرینیواسان می‌گوید:

کانی‌شناسی این سنگ کاملاً متفاوت از هرآنچه تاکنون مطالعه کرده‌ایم است. من کانی‌شناسی سنگ را به این دلیل مطالعه می‌کنم تا همه فازهای تشکیل‌دهنده‌ی شهاب‌سنگ را بفهمم. بلورهای درشت سیلیکای تریدیمیت از موارد اصلی مشاهده‌های ما بود. این بلورها به کانی‌های کوارتز شباهت دارند. وقتی برای تعیین کمیت تریدیمیت آنالیزهای تصویری بیشتری انجام دادیم، با مقدار سرسام‌آوری از آن مواجهه شدیم. این مقدار ۳۰ درصد کل شهاب‌سنگ بود. این مقدار در شهاب‌سنگ‌ها مشاهده نشده و چنین درصدی تنها در سنگ‌های آتش‌فشانی معینی یافت می‌شود که در زمین وجود دارند.

بخشی از پژوهش سرینیواسان شامل تجزیه‌وتحلیل‌های شیمیایی و ایزوتوپی است تا بدانند شهاب‌سنگ چه نوع جرمی تشکیل می‌دهد. ایزوتوپ‌های اکسیژنی با همکاری دکتر کارن زیگلر در مرکز آزمایشگاهی ایزوتوپ پایدار CSI) UNM) به کار گرفته شدند. او توانست مشخص کند سنگ مورد نظر کاملا فرازمینی بود. سرینیواسان می‌گوید:

براساس ایزوتوپ‌های اکسیژن، می‌دانیم آن‌ها از یک چشمه فرازمینی در منظومه شمسی نشأت می‌گیرند. مشکل این است که ما قادر نیستیم این سنگ را به یک جرم شناخته‌ای که با تلسکوپ رصد شده مربوط کنیم. هرچند،‌ از طریق اندازه‌گیری مقادیر ایزوتوپی، توانستیم تا حدی آن را به دو شهاب‌سنگ غیرعادی دیگر (Northwest Africa 7235 و Almahata Sitta) مرتبط کنیم. نتیجه‌ی این کار، پیشنهاد می‌کند که همه‌ی این سنگ‌ها از جرم مادر یکسان ناشی شده‌اند؛ احتمالاً یک جرم پیچیده‌ی ژئولوژیکی و بزرگ که در اوایل منظومه شمسی شکل گرفته است.

این جرم مادر ممکن است با برخورد با یک سیارک یا خرده‌سیاره از مسیر منحرف شده باشد، تکه‌هایی از آن در نهایت به مدار زمین رسیده باشند و از جو آن عبور کرده و به‌صورت شهاب‌سنگ به سطح زمین برخورد کرده باشد. در این مورد خاص، NWA 11119 در زمانی نامشخص موریتانی سقوط کرده است. سرینیواسان می‌گوید:

ایزوتوپ‌های اکسیژنی NWA 11119 ،NWA 723 و Almahata Sitta همه یکسان هستند، اما سنگ NWA 11119 از همه‌ی ۴۰ هزار شهاب‌سنگ یافت‌شده در سطح زمین کاملاً‌ متفاوت جلوه می‌کند.

پژوهش‌های بیشتری با استفاده از طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت‌شده القایی در آزمایشگاه کیهان‌شیمی و زمین‌گاه‌شناسی ایزوتوپی (ICGL) واقع در مرکز مطالعات شهاب‌سنگ دانشگاه ایالتی آریزونا صورت پذیرفته است. هدف آن‌ها تعیین عمر دقیق شکل‌گیری شهاب‌سنگ است. NWA 11119 قدیمی‌ترین شهاب‌سنگ آذرین با قدمت ۴.۵۶۵ میلیون ساله است و صحت آن از طریق پژوهش اثبات شده است. میناکشی وادهاوا نویسنده همکار و مدیر مرکز مطالعات شهاب‌سنگ است. وی می‌گوید:

هدف این تحقیق فهمیدن اصل و شکل‌گیری یک شهاب‌سنگ غیرعادی آذرین با سیلیکای غنی بود. شهاب‌سنگ‌های سیارکی آذرینی که می‌شناسیم عمدتاً ترکیباتی از بازالت هستند و این انواع، فراوانی بسیار کم‌تری از سیلیکا دارند. به این ترتیب، کنجکاوی ما درباره این شهاب‌سنگ منحصر‌ به‌فرد غنی از سیلیکا برانگیخته شد و محل و چگونگی شکل‌گیری این شهاب‌سنگ در پوسته‌ی یک جرم سیارکی در اوایل دوره‌ی منظومه شمسی هدف ما قرار گرفت.

عمده شهاب‌سنگ‌ها در برخوردهای بین سیارک‌ها شکل می‌گیرند؛ ناحیه‌ای به نام کمربند سیارکی که در آن سیارک‌ها به دور خورشید در گردش‌اند. سیارک‌ها بقایایی از شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی در ۴.۶ میلیارد سال پیش هستند. گستره‌های ترکیب شیمیایی شهاب‌سنگ‌های آذرین قدیمی یا اکوندریت‌ها کلید فهم این تنوع‌ و تحول ژئوشیمیایی ساختار اساسی سیاره‌ای است. شهاب‌سنگ‌های اکوندریت اولین نمونه‌های پدیده آتش‌فشانی و شکل‌گیری پوسته را ثبت کردند و اکثریت آن‌ها بازالتی هستند. دانیل دانلپ دانشجوی فارغ‌التحصیل مدرسه کاوش زمین و فضا و نویسنده همکار اینگونه بیان می‌کند:

شهاب‌سنگ مورد مطالعه شبیه شهاب‌سنگ‌های شناخته‌شده نیست. این سنگ بیشترین فراوانی سیلیکا را داراست و بیشترین قدمت در بین شهاب‌سنگ‌های آذرین را به خود اختصاص داده است (۴.۵۶۵ میلیون سال). شهاب‌سنگ‌هایی از این نوع پیش‌ماده‌ای برای شکل‌گیری سیاره‌ای بودند و مرحله‌ای بحرانی را در تحول اجسام سنگی در منظومه شمسی ما به تصویر می‌کشند.

از سوی دیگر، اگی نظرات خود را در این مورد اینگونه شرح می‌دهد:

این پژوهش کلیدی برای فهم چگونگی شکل‌گیری ساختار اساسی سیارات در اوایل منظومه شمسی است. وقتی ما به فراسوی منظومه‌ی شمسی نگاه می‌کنیم، می‌بینیم اجرام کامل، سیارات، سیارک‌ها، دنباله‌دارها و غیره شکل گرفته‌اند. کنجکاوی ما همیشه ما را به طرح پرسش‌هایی از این قبیل سوق می‌دهد: چگونه شکل گرفتند؟ زمین چگونه شکل گرفت؟ این بخش اساساً قسمت گم‌شده پازل ماست و اکنون آن را پیدا کرده‌ایم؛ این فرایندهای آذرین همانند کوره‌های انفجاری کوچکی عمل می‌کنند که سنگ‌ها را ذوب و تمامی مواد جامد منظومه شمسی را پردازش می‌کنند. در نهایت، سیاره‌ها اینگونه ساخته می‌شوند.