Солнечная система продолжает таить множество загадок, и Меркурий — яркий пример планеты, чья внутренняя структура вызывает вопросы. Несмотря на небольшой размер (диаметр всего 2400 км) у Меркурия необычно массивное ядро, составляющее примерно 70 % его массы и достигающее 1800 км в диаметре. Это в корне отличает его от Земли и других планет нашей системы, и однозначного объяснения этому нет, но современное моделирование готово решать такие задачи.
Строение Меркурия глазами миссии MESSENGER. Источник изображения: NASA
Первые данные о необычном соотношении ядра Меркурия по отношению к размерам самой планеты стали поступать с развитием радиоастрономии в 60-х годах прошлого века. Более полные сведения о Меркурии собрала миссия NASA «Маринер-10» (1975 год) и, совсем недавно — в 2010–2015 годах — миссия NASA «Мессенджер» (MESSENGER). Снабжённые научными приборами зонды подтвердили эту аномалию, известную как «проблема Меркурия». Такая диспропорция между металлическим ядром и силикатной мантией с корой поставила под сомнение стандартные модели формирования планет земной группы.
Соотношения ядер и мантий/коры Меркурия и Земли (сравнение)
Учёные предположили, что на заре формирования Солнечной системы Меркурий испытал удар гигантского астероида и лишился значительной части коры и мантии. Основная гипотеза описывает это как столкновение прото-Меркурия — планетарного зародыша в 2,25 раза массивнее современной планеты — с объектом в шесть раз меньшей массы. В результате мантия и кора были в значительной степени сметены, оставив массивное ядро с тонким силикатным слоем.
Современное моделирование показывает, что такие столкновения объектов с сильно различающейся массой были крайне редки в молодой Солнечной системе. Для их реализации требовались крайне эксцентричные орбиты астероидов, что должно было быть редким явлением, и, следовательно, такой сценарий представляется статистически маловероятным.
Моделирование столкновения одинаковых по массе объектов
В свежем исследовании учёные из Института физики Земли в Париже (Institut de Physique du Globe de Paris) и Университета Парижа (Université Paris Cité) представили альтернативный сценарий: Меркурий образовался в результате скользящего столкновения с объектом схожей массы. Авторы подчёркивают, что традиционные модели не учитывают частоту столкновений равных по массе протопланет. В хаотичной ранней Солнечной системе, где планетезимали и зародыши планет гравитационно взаимодействовали друг с другом, такие события были наиболее частыми.
«Столкновение двух протопланетных зародышей сходной массы может объяснить его [Меркурия] состав и является гораздо более правдоподобным сценарием», — отмечают исследователи.
Используя метод гидродинамики сглаженных частиц (SPH), исследователи смоделировали столкновение прото-Меркурия с аналогичным объектом при низкой относительной скорости и под углом столкновения 32,5°. Модель воспроизвела текущую массу Меркурия (0,055 массы Земли) с погрешностью менее 5 %, включая соотношение металлов и силикатов. В результате было потеряно до 60 % мантии, что объясняет повышенное содержание металлов. В отличие от сценариев с неравными массами, где обломки возвращались к планете, здесь часть материала была выброшена, сохранив диспропорцию ядра и мантии.
Выброшенная масса могла рассеяться под влиянием других планетезималей или даже быть поглощена соседними телами, такими как формирующаяся Венера, что требует дальнейшего изучения. Это происходило в первые десятки миллионов лет Солнечной системы, когда условия препятствовали повторной аккреции (возвращению выброшенного материала обратно на Меркурий и восстановлению его массы и пропорций).
Для подтверждения представленной гипотезы необходимы геохимические анализы метеоритов и образцов с Меркурия. Когда-нибудь образцы его поверхности будут доставлены на Землю. Пока же к Меркурию движется японский зонд BepiColombo, который прибудет к планете примерно через год и с ещё большей точностью измерит соотношение его ядра к коре и мантии, а также соберёт самый полный комплект данных об этой всё ещё таящей в себе загадку планете.
