Симуляции катастрофических столкновений протопланет подтвердили происхождение Меркурия

26.03.2025 15:28:00 | iXBT.com

Международная группа исследователей представила новую модель образования Меркурия, основанную на серии компьютерных симуляций. Согласно исследованию, планета могла приобрести свою уникальную структуру в результате высокоскоростного столкновения двух протопланет схожего размера в ранней Солнечной системе.

Меркурий, чья масса составляет 5,5% земной, выделяется аномально крупным железным ядром, занимающим около 70% его объёма, и тонкой силикатной мантией. Попытки объяснить этот дисбаланс ранее фокусировались на гипотезе столкновения, но модели с объектами разной массы не давали точного совпадения с наблюдаемыми параметрами. В новой работе учёные рассмотрели сценарий, где треть столкновений в молодой Солнечной системе происходила между телами сопоставимых размеров — ранее этот фактор недооценивали.

Спектр Меркурия. Источник: NASA / Johns Hopkins University

Команда смоделировала прото-Меркурий массой 0,13 от Земли с 30% содержанием железа, который сталкивался с другими объектами массой от 0,08 до 0,18 земной. Параметры варьировались: скорость — от 2,8 до 3,8 взаимной скорости убегания (минимальной скорости, необходимой для преодоления гравитационной связи тел), а угол — от 15° до 60°.

Наиболее точный сценарий объединил скорость 3,8 и угол 15°, что привело к потере 80% исходной мантии прото-Меркурия. Оставшийся объект массой 0,055 земной (погрешность 5% от реального значения) содержал ядро, составляющее 65%–75% массы, что практически совпадает с современными данными (70%). Это подтвердило, что столкновения равных по массе тел могли быть ключевым механизмом формирования железных планет.

Примечательно, что подобные процессы, хотя и с иными параметрами, ранее объясняли образование Луны после удара объекта размером с Марс по прото-Земле. Однако в случае Меркурия критическую роль сыграли «лобовые» удары на предельных скоростях, которые эффективно удаляли лёгкие силикаты, сохраняя тяжёлое ядро.

Моделирование также показало, что часть выброшенного материала могла рассеяться в космосе или аккрецироваться на Венеру и Землю, что согласуется с дефицитом вещества на орбите Меркурия. Дальнейшие исследования включат анализ изотопного состава планеты по данным миссии BepiColombo, что позволит проверить гипотезу экспериментально. Пока же симуляции остаются наиболее точным воспроизведением структуры Меркурия.

Подробнее