พลูโต-คารอนก่อตัวแบบ "จุ๊บแล้วจับ"
เมื่อหลายพันล้านปีก่อน ที่ชายขอบอันเย็นเยือกของระบบสุริยะของเรา พิภพน้ำแข็งสองดวงได้ชนกัน แต่แทนที่จะทำลายกันและกันจนพินาศ พวกมันกลับหมุนไปด้วยกันราวกับเป็นสโนว์แมน และสุดท้ายก็แยกตัวออกจากกันในขณะที่ก็ยังคงยึดเกาะกันในวงโคจร นี่เป็นความเป็นมาของพลูโตและคารอน จากการศึกษาของมหาวิทยาลัยอริโซนาที่ท้าทายข้อสันนิษฐานทางวิทยาศาสตร์หลายสิบปี
การศึกษาที่นำโดย Adeene Denton นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ทำการวิจัยที่ห้องทดลองดวงจันทร์และดาวเคราะห์ มหาวิทยาลัยอริโซนา ได้เผยให้เห็นกลไก “การจูบและจับ” ที่คาดไม่ถึงซึ่งน่าจะช่วยนักวิทยาศาสตร์ให้เข้าใจว่าวัตถุฟากฟ้าก่อตัวและพัฒนาตัวได้อย่างไร ด้วยพิจารณาสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ได้มองข้ามมาหลายสิบปีกล่าวคือ ความแข็งแกร่งด้านโครงสร้างของพิภพน้ำแข็งที่เย็นจัด นักวิจัยได้พบการชนในอวกาศชนิดใหม่เอี่ยมนี้ การศึกษาเผยแรพ่ในวารสาร Nature Geoscience
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ตั้งทฤษฏีว่าคารอน(Charon) ดวงจันทร์ขนาดใหญ่ผิดปกติของพลูโตก่อตัวขึ้นผ่านกระบวนการคล้ายกับดวงจันทร์ของโลก กล่าวคือ มีการชนครั้งใหญ่ตามมาด้วยการยืดและแปรสภาพวัตถุที่ร้อนจนเป็นของไหล แบบจำลองนี้ใช้การได้ดีกับระบบโลก-ดวงจันทร์ ซึ่งความร้อนสูงและเกี่ยวข้องกับมวลที่สูงกว่า หมายความว่า วัตถุที่ชนกันมีพฤติกรรมคล้ายของไหลมากกว่า
ภาพจากศิลปินแสดงวัตถุขนาดพอๆ กับดาวอังคารกำลังชนกับโลกในช่วงต้นของความเป็นมาของระบบสุริยะ นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์หลายคนเชื่อว่าการชนลักษณะนี้ได้สาดเศษซากออกมา ซึ่งต่อมาก่อตัวเป็นดวงจันทร์ อย่างไรก็ตาม ยังคงไม่แน่ชัดว่าพลูโตและคารอนก่อตัวขึ้นในแนวทางเดียวกันหรือไม่(ภาพปก ภาพจากศิลปินแสดงการชนของพลูโตและคารอน)
อย่างไรก็ตาม เมื่อปรับใช้กับระบบพลูโต-คารอนที่มีขนาดเล็กกว่าและเย็นกว่า ความพยายามนี้ได้มองข้ามปัจจัยที่สำคัญอย่างยิ่งยวด คือ โครงสร้างของหินและน้ำแข็งที่ประสานกัน พลูโตและคารอนนั้นแตกต่างออกไป พวกมันมีขนาดเล็กกว่า, เย็นกว่า และประกอบขึ้นด้วยหินและน้ำแข็งเป็นหลัก เมื่อเรานึกถึงความแข็งแกร่งที่แท้จริงของวัสดุสารเหล่านี้ เราพบสิ่งที่ไม่คาดฝันโดยสิ้นเชิงเลย Denton กล่าว
คารอนมีขนาดมหึมาเมื่อเทียบกับพลูโต จนถึงจุดที่จริงๆ แล้วพวกมันเป็นระบบคู่ Denton อธิบาย มันมีขนาดครึ่งหนึ่งและมีมวล 12% ของพลูโต ซึ่งทำให้มันยิ่งดูคล้ายดวงจันทร์ของโลกมากกว่าดวงจันทร์อื่นใดในระบบสุริยะ เมื่อเทียบแล้ว ดวงจันทร์ของเรามีขนาดราว ¼ ของโลก ในขณะที่ดวงจันทร์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ คือ กานิมีด(Ganymede) มีขนาด 1/28 ของดาวพฤหัสฯ ขนาดที่ใหญ่ของคารอนจึงยากที่จะอธิบาย
ด้วยการใช้แบบจำลองการชนเสมือนจริงชั้นสูงกับกลุ่มคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงของมหาวิทยาลัย ทีมวิจัยพบว่าแทนที่พวกมันจะยืดออกเหมือนกับดินน้ำมันวิทยาศาสตร์(silly putty) ในระหว่างการชน แต่พลูโตและวัตถุที่เข้ามาชนจะเกาะติดด้วยกันชั่วคราว หมุนไปรอบๆ ราวกับเป็นวัตถุคล้ายตุ๊กตาหิมะตัวเดียว ก่อนที่จะแยกออกเป็นวัตถุคู่อย่างที่เราสำรวจพบในทุกวันนี้
ภาพรวมประกอบสีจริงแสดงพลูโตและคารอนโดยยานนิวฮอไรซันส์
ระบบคู่(binary system) เกิดขึ้นเมื่อวัตถุสองชิ้นโคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วม คล้ายกับที่นักสเกตน้ำแข็ง 2 คนหมุนไปรอบๆ ในขณะที่จับมือกันไว้ การชนของวัตถุคล้ายดาวเคราะห์เกือบทั้งหมดถูกจำแนกเป็น “ชนแล้วชิ่ง”(hit and run) หรือ “เฉี่ยวแล้วรวม”(graze and merge) สิ่งที่เราได้พบนั้นแตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง เป็นแบบ “จูบแล้วจับ”(kiss and capture) เมื่อวัตถุชนกัน จะเกาะติดไปด้วยกันเป็นช่วงสั้นมากๆ และจากนั้นก็แยกออกจากกันในขณะที่ก็ยังยึดเกาะกันด้วยแรงโน้มถ่วง Denton กล่าว
การจูบในลำดับเหตุการณ์แบบจูบแล้วจับนี้ การแปะติดเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นมากๆ เพียง 10 ถึง 15 ชั่วโมงก่อนที่วัตถุทั้งสองจะแยกออกจากกันอีกครั้ง Denton กล่าว จานั้นคารอนก็เริ่มขยับถอยออกไปอย่างช้าๆ จนถึงตำแหน่งปัจจุบันของมัน ทีมคิดว่าการชนจะต้องเกิดขึ้นในช่วงแรกเริ่มของความเป็นมาของระบบสุริยะ อาจจะไม่กี่สิบล้านปีแรกหลังจากระบบสุริยะก่อตัวขึ้นมา
สิ่งที่เด่นชัดจากการศึกษานี้ก็คือ ตัวแปรแบบจำลองที่ทำงานเพื่อยึดจับคารอน สุดท้ายก็ทำให้มันไปอยู่ในวงโคจรที่พอดี คุณจะได้ของสองอย่างในคราวเดียว Erik Asphaug ผู้เขียนอาวุโสในการศึกษา ศาสตราจารย์ที่ห้องทดลองดวงจันทร์และดาวเคราะห์ กล่าว การศึกษายังบอกว่าทั้งพลูโตและคารอนต่างก็แทบไม่บุบสลายในระหว่างการชน โดยมีองค์ประกอบเดิมจำนวนมากถูกรักษาไว้
ภาพแสดงลำดับเหตุการณ์แบบจูบแล้วจับคารอนโดยพลูโต แสดงในช่วงไม่กี่ชั่วโมงหลังจากการชนในช่วงเวลาที่กำลังจะแยกกัน
สิ่งนี้ท้าทายแบบจำลองก่อนหน้านี้ซึ่งบอกถึงการแปรสภาพและผสมรวมอย่างกว้างขวางในระหว่างการชน Denton กล่าว นอกจากนี้ กระบวนการการชนซึ่งรวมถึงแรงเสียดทานจากแรงโน้มถ่วง(tidal friction) เมื่อวัตถุแยกออกจากกัน ได้ทิ้งความร้อนภายในไว้จำนวนหนึ่งในวัตถุทั้งสอง ซึ่งอาจจะเป็นกลไกที่ทำให้พลูโตพัฒนามหาสมุทรใต้พื้นผิวโดยไม่จำเป็นต้องให้ระบบสุริยะมีไอโซโทปกัมมันตรังสีมากขึ้นในช่วงต้นๆ
ทีมวิจัยได้วางแผนศึกษาติดตามผลเพื่อสำรวจพื้นที่สำคัญๆ หลายแห่ง ทีมต้องการสืบสวนว่าแรงบีบฉีกส่งอิทธิพลต่อวิวัฒนาการช่วงแรกๆ ของพลูโตและคารอนอย่างไร เมื่อพวกมันอยู่ใกล้กันมากกว่านี้, วิเคราะห์ว่าลำดับเหตุการณ์การก่อตัวแบบจูบแล้วจับจะตรงกับรายละเอียดทางธรณีวิทยาปัจจุบันบนพลูโตอย่างไร และตรวจสอบว่ากระบวนการคล้ายๆ กันนี้ยังสามารถใช้อธิบายการก่อตัวของระบบคู่อื่นๆ ในแถบไคเปอร์(Kuiper Belt) เช่น เอริสกับดิสโนเมีย(Eris and Dysnomia), ออร์คัสกับวานธ์(Orcus and Vanth) ได้หรือไม่
เราให้ความสนใจเป็นพิเศษในการเข้าใจว่าการเรียงตัวเริ่มต้นนี้ส่งผลต่อวิวัฒนาการทางธรณีวิทยาของพลูโตอย่างไร Denton กล่าว ความร้อนจากการชนและแรงบีบฉีกในเวลาต่อมา น่าจะมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการปั้นแต่งรายละเอียดที่เราได้เห็นบนพื้นผิวพลูโตในทุกวันนี้
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
