سر الكِبْرِيتِ الْخَفِيّ لِعُطَارِدٍ يَتَحَدَّى قَوَاعِدَ الْأَرْضِ

دراسة تجريبية جديدة نُشرت في Geochimica et Cosmochimica Acta تكشف أن داخل عطارد الغني بالكبريت يتصرف بطرق تتحدى نماذج الأرض القائمة منذ زمن طويل لتطور الكواكب، مما يفتح نافذة جديدة على كيفية تصلب العوالم الصخرية وتطورها.

كوكب يرفض اتباع قواعد الأرض

على مدى عقود، اعتمد علماء الكواكب على الأرض كمعيار لفهم كيفية تشكل الكواكب الصخرية وتطورها. هذا الافتراض الآن تحت ضغط مع محاكيات مختبرية جديدة تعيد إنتاج الكيمياء الشديدة والغير عادية لعطارد، أكثر الكواكب انخفاضًا كيميائيًا في النظام الشمسي. سطحه، المنخفض في الحديد والغني بالكبريت، يقدم تركيبًا لا يشبه أي كوكب أرضي آخر درسنا بالتفصيل. تحديات نماذج مشابهة تظهر في ملاحظات الكون المبكر، كما في اكتشافات JWST حول المجرات القديمة.

"سطح عطارد يبدو مختلفًا تمامًا عن سطح الأرض"، قال راجديب داسغوبتا، أستاذ موريس يوينغ في علوم نظم الأرض ومدير مركز معهد رايس لفضاء لأصول الكواكب وقابليتها للحياة. "لم نتمكن من دراسة تطوره الماغمي باستخدام افتراضات مبنية على فهمنا للأرض، وبيانات المهمات صعبة التفسير. اضطررنا إلى إيجاد طرق لإحضار الكوكب إلى مختبرنا، خاصة من خلال نيزك إندارش."

هذا التحول في النهج يمثل نقطة تحول. بدلاً من فرض عطارد في إطارات مألوفة، يبني الباحثون الآن نماذج متجذرة في كيميائه الخاصة. الآثار تمتد بعيدًا خارج كوكب واحد. إذا كان بإمكان عطارد التطور تحت قواعد داخلية مختلفة جدًا، فقد تكون التنوع في الكواكب الصخرية عبر المجرة أكبر بكثير مما افتُرض سابقًا. هذا العمل يشير إلى انتقال نحو جيوكيمياء خاصة بالكوكب، حيث يُفسر كل عالم على أساسه الخاص بدلاً من كونه variation للأرض. قد تكشف التلسكوبات المتقدمة مثل تلسكوب رومان الفضائي القادم مثل هذه السمات الكوكبية الفريدة.

إعادة إنتاج عطارد في المختبر بنيزك من القرن التاسع عشر

المفتاح لفك أسرار عطارد جاء من مصدر غير متوقع: إندارش، نيزك سقط في أذربيجان عام 1891. تركيبه الكيميائي يعكس عن كثب ذلك المستنتج لعطارد، خاصة حالته المختزلة جدًا وغناه بالكبريت. باستخدام إندارش كنقطة انطلاق، تمكن العلماء من محاكاة مغما مشابه لعطارد تحت ظروف مختبرية خاضعة للرقابة. دراسات كيمياء الأرض المبكرة، مثل تلك حول دور الموليبدينوم في الحياة القديمة، تتردد مثل هذه الرؤى القائمة على النيازك.

"إندارش كيميائيًا مختزل مثل الصخور على عطارد"، قال ييشن زانغ، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر داسغوبتا وأول مؤلف للدراسة المنشورة في Geochimica et Cosmochimica Acta. "يُعتقد أنه كتلة بناء محتملة للكوكب."

داخل أنظمة تجريبية عالية الضغط وعالية الحرارة، أعاد الباحثون إنتاج بيئة داخل عطارد الشديدة. قاموا بضبط درجة الحرارة والضغط والتركيب الكيميائي بعناية ليطابق ملاحظات المركبات الفضائية، مشابهًا لتقنيات تعزيز الوضوح في نجوم الدليل بالليزر الفلكية.

"هذه العملية في طهي الصخر يمكن أن تظهر لنا ما حدث كيميائيًا داخل عطارد"، قال زانغ. "باستخدام قيود درجة الحرارة والضغط والكيميائية المستمدة من ملاحظات المركبات الفضائية والنماذج، نعيد إنتاج ظروف مشابهة لعطارد لفهم كيفية تشكل الماغما وتطورها هناك,حتى بدون عينات مباشرة من الكوكب."

كشفت هذه التجارب عن شيء مذهل. الكبريت يخفض درجة الحرارة التي يبدأ عندها تصلب الماغما بشكل كبير. هذا يعني أن مغما عطارد يمكن أن يظل سائلًا لفترة أطول بكثير وعند درجات حرارة أقل من مواد مشابهة على الأرض. هذا الفرق الواحد يعيد تشكيل كيفية تفكير العلماء في تبريد داخل الكوكب وتاريخه البركاني وتشكل سطحه.

الكبريت يتولى دور الأكسجين ويغير كل شيء

على الأرض، هيكل الصخور تهيمن عليه الأكسجين، الذي يرتبط بالسيليكون وعناصر أخرى لتشكيل شبكات سيليكات مستقرة. هذه الشبكات تحدد كيفية تصرف الماغما وتبريدها وتصلبها إلى صخر. عطارد يكسر هذا النمط بطريقة أساسية.

بما أن الكوكب يحتوي على حديد قليل جدًا، فإن الكبريت لا يُحبس في مركبات حديدية كما هو الحال على الأرض أو المريخ. بدلاً من ذلك، يرتبط الكبريت بالعناصر الرئيسية المشكلة للصخور مثل المغنيسيوم والكالسيوم، مما يتولى دورًا هيكليًا عادة ما يشغله الأكسجين.

"بما أن إندارش قد يمثل حالة عطارد الأولية"، قال زانغ، "تظهر هذه التجارب أن عطارد تشكل على الأرجح مع الكبريت يشغل موقعًا هيكليًا يعود على الأرض للأكسجين. هذا يغير جذريًا كيفية تصلب عباءة الكوكب."

هذا الاستبدال يضعف الهيكل المعدني العام، مما يخفض درجات حرارة التصلب ويغير الخصائص الفيزيائية للماغما. النتيجة هي داخل كوكبي يتصرف بطرق مستحيلة تحت ظروف مشابهة للأرض. كما يشير إلى أن عباءة عطارد ربما بردت وتصلبت على جدول زمني مختلف تمامًا، مما يؤثر على كل شيء من النشاط البركاني إلى تشكل القشرة.

إطار جديد لفهم العوالم الغريبة

النتائج، المنشورة في Geochimica et Cosmochimica Acta، تمتد خارج عطارد نفسه. إنها تبرز قيود استخدام الأرض كنموذج عالمي للكواكب الصخرية وتشير إلى إطار أكثر مرونة يأخذ في الاعتبار البيئات الكيميائية المتنوعة. بيانات مهمة MESSENGER التابعة لناسا (NASA.gov) وبيان صحفي جامعة رايس يوفران سياقًا رئيسيًا.

"هذه نظرة مثيرة لكيفية تطور عطارد ككوكب إلى كيمياء سطحه الحالية الفريدة"، قال داسغوبتا. "الأهم من ذلك، إنها توفر طريقة للتفكير في الكواكب ليس بناءً على كيفية تشكل الأرض، بل بناءً على كيميائها الفريدة وعملياتها الماغمية تحت ظروف مختلفة جذريًا. ما يفعله الماء أو الكربون في تطور الماغما للأرض، يفعله الكبريت في عطارد."

هذا المنظور يعيد تشكيل كيفية تفسير العلماء لبيانات المهمات الحالية والمستقبلية، بما في ذلك تلك المستهدفة لعطارد والمريخ والكواكب الخارجية الصخرية التي تدور حول نجوم بعيدة. كيمياء الكوكب ليست تفصيلاً ثانويًا بعد الآن. إنها تصبح المحرك الرئيسي لهويته الجيولوجية.

بينما يستمر الباحثون في تهيئة هذه النماذج، يقف عطارد كتذكير بأن حتى أصغر كوكب في النظام الشمسي الداخلي يمكن أن يتحدى أكبر الافتراضات في علم الكواكب، ويجبر على إعادة التفكير في كيفية بناء العوالم من الداخل إلى الخارج.

المراجع:

• Geochimica et Cosmochimica Acta
• NASA MESSENGER Mission (NASA.gov)
• Rice University Press Release