شيمي تشكيل يك سياره

[khanloo]

شيمي تشكيل يك سياره چگونه است؟

بیگ بنگ: تشكيل يك سياره مستلزم يك فرآيند چند مرحله‌اي است. ابتدا ریز دانه‌هاي جامد متعلق به سحابي خورشيدي متراكم مي‌شوند. سپس اين ذرات طی فرایند برخورد با اجرام سماوي بزرگ، ريزسيارات(Planetesimal) را تشكيل می دهند. در مرحلۀ بعد گرانش باعث ادغام و تشكيل پيش‌سيارات(Protoplanet) و در نتیجه سيارات امروزي می شود.


برداشتی هنری از یک قرص پیش‌ستاره‌ای که در نهایت سیارات در آن متولد می شوند

به گزارش بیگ بنگ، به گفته محققان ابتدا توده‌ی متشکل از گاز و ذرات گرد و غبار در بخشی از کهکشان راه‌شیری وجود داشته و انفجار ابرنواختری یک ستارۀ نسل پیش، باعث شد تا اغتشاشاتی در این ابر به وجود آید و بخش‌هایی از این ابر چگالی بیشتری پیدا کند. این‌ نطفه‌ی اولیه‌ی خورشید در بیش از ۴.۶ میلیارد سال پیش بوده‌ است. گرانش توده‌ی اولیه‌ی گازی را در منطقه‌ای از فضا جمع کرده است و به دلیل پایستگی تکانه‌ی زاویه‌ای، این توده شروع به چرخیدن کرده است. عواملی مانند گرانش‌، فشار گاز، میدان مغناطیسی و چرخش باعث شد که این توده نسبتآ کروی تبدیل به یک قرص برافزایشی چرخان شود که به آن قرص پیش ستاره ای می‌گوییم.

در نتیجه در ابتدای شکل‌گیری خورشید، توده‌ای اولیه متشکل از گازهای تحت تأثیر گرانش داریم که به دلیل جمع شدن گاز و ساکن شدن انرژی جنبشی گاز دما به تدریج در مرکز توده بالا می‌رود که آن توده را پیش‌ ستاره می‌نامند. این پیش‌ستاره هنوز در هسته‌ی خود همجوشی هیدروژنی را شروع نکرده است و این فرآیند در چند صد هزار سال اولیه شکل‌گیری ستاره کماکان به قوت خود باقی می‌ماند. در ادامه سیارات در حین فروریختن این سحابی ستاره ای و تبدیل آن به قرص نازکی از گاز و غبار به مرور شکل می‌گیرند.

در پی این فروریزی یک پیش‌ ستاره در هسته تشکیل می‌شود که قرص پیش‌ستاره‌ای چرخانی آن را در برگرفته‌ است. از طریق برافزایش (یک فرایند برخورد چسبنده) ذرات غبار قرص به شکل پایداری در کنار هم انباشته می‌شوند تا اجسامی بزرگتر را تشکیل دهند. تجمع‌های محلی جرم به نام ریز سیارات شکل می‌گیرند و با بهره‌گیری از جاذبه گرانشی فرایند برافزایش را تسریع می‌ بخشند. این تجمع‌ها مرتباً چگال‌تر می‌شوند تا اینکه سرانجام بر اثر گرانش به درون فرو ریخته و پیش‌ سیاره‌ها را تشکیل می‌دهند. پس از آنکه قطر ِ سیاره از ماه بزرگتر شد، شروع به انباشتن یک اتمسفر گسترده می‌کند و از طریق پدیده پسار اتمسفری، سرعت جذب ِ ریز سیارات بسیار افزایش می‌یابد.

سیر روند شکل گیری سیارات در سحابی ستاره ای

وقتی یک پیش‌ستاره به‌ اندازه‌ای بزرگ می‌شود که شعله‌ور گردد و ستاره‌ای به‌وجود آید، قرص باقی‌مانده توسط پدیده‌های تبخیر فوتونی، بادهای خورشیدی و کشش پوینتینگ-رابرتسون از درون به خارج رانده می‌شود. پس از آن ممکن است که هنوز پیش‌ سیاره‌های زیادی در حال گردش به دور ستاره یا یکدیگر باشند، اما به مرور زمان با هم برخورد کرده و یا تشکیل یک سیاره بزرگتر یا اینکه مواد آنها پراکنده می‌شود تا جذب پیش‌سیاره‌ها و سیاره‌های بزرگتر شود. آن اجسامی که به اندازه کافی پرجرم می‌شوند، بیشتر مواد موجود در همسایگی خود را جذب می‌کنند و تشکیل سیاره می‌دهند. در این میان، پیش‌سیاراتی که از برخوردها دوری کرده‌اند، یا از طریق جذب گرانشی به قمرهای طبیعی این سیارات تبدیل می‌شوند و یا اینکه در کمربندهایی در کنار اجسام دیگر باقی‌مانده و تبدیل به سیاره کوتوله و اجرام کوچک می‌شوند.

در واقع گرانش توانست سنگین ترین مواد را در مرکز منظومه خورشیدی جدید نگه دارد. در نتیجه سیاراتی که به خورشید نزدیک تر بودند، به صورت سنگی و به شکل سیارات زمینی در آمدند مانند: عطارد،ناهید، زمین و مریخ. و سیارات دورتر از خورشید نیز اکثرا از گازها تشکیل شده اند که با برودت خیلی پایین در حد یخ بستن هستند. گازها، با ایجاد یخ زدگی، جهانی فاقد ِ سطحی جامد را ایجاد کردند.

شیمی تشکیل و ترکیبات سیارات منظومه شمسی

تركيبات شيميايي سيارات به وسيله فرآيندي به نام تسلسل تراكم(Condensation Sequence) از روي تراكم دانه های تشکیل دهنده اشان تعيين مي‌شوند. ايده‌ي اوليه‌ي تسلسل تراكم اين است: مركز سحابي بايد در دمايي برابر چندين هزار درجه كلوين داشته باشد. اگر دماي سحابي ستاره ای به سرعت از مركز به طرف بيرون كاهش يابد، چگالي‌ها و تركيبات سيارات نظیر آهن و سيليكات‌ها مي‌توانند به خوبي با تسلسل تراكم توضيح داده شوند.

تصویری هنری از برخورد ریز سیارات برای شکل گیری سیارۀ بزرگتر

سپس در فواصل مختلف از خورشيد، دماهاي متفاوت اجازه دادند كه تركيبات شيميايي مختلف، متراكم شوند و دانه‌هايي را تشكيل دهند كه در نهايت پيش‌ سيارات را بسازند. اگر ماده به دليل بالا بودن دما نتوانست متراكم شود، آن‌ ماده در پيش‌ سياره موجود نخواهد بود. عموماً تسلسل تراكم مستلزم آن است كه به يك دماي كمينه دست‌ يافته تا دليل موجهي براي تركيبات شيميايي شناخته‌ شده در سيارات، ارائه شود. به‌ طور تقريبي،‌ اين دما‌ها برای شکل گیری سیارات منظومه شمسی بصورت زیر هستند:

براي عطارد، ۱۴۰۰ كلوين
براي ناهید، ۹۰۰ كلوين
براي زمين، ۶۰۰ كلوين
براي مريخ، ۴۰۰ كلوين
براي مشتري، ۲۰۰ كلوين

دقت كنيد كه در يك فاصله معين از خورشيد، دما با زمان تغيير مي‌كند، لذا اين مقادير كمينه‌هايي است كه در خلال شكل‌گيري سيارات حاصل مي‌شود. تسلسل تراكم توضيحي طبيعي از اجزاء جرمي و شيميايي سيارات سنگی/گازی را مهيا مي‌كند. جايي‌ كه يخ‌ها مي‌توانند متراكم شوند، ريزسيارات مقدار بيشتري مواد صخره‌اي دارند و جرم آنها مي‌تواند بسيار زياد‌تر از ريزسياراتي باشد كه در نواحي با متراكم‌ شدن فقط فلزات و صخره‌ها شكل‌ مي‌گيرند. اين نتيجه تركيبي از سحابي خورشیدی اولیه است كه عناصر تبخير شدني بر ديگر عناصر غلبه دارند.

تصویری هنری از سیارات منظومۀ شمسی

سیارات سامانه خورشیدی را می‌توان بر اساس ترکیباتشان بصورت زیر طبقه بندی کرد:

سنگی: سیاراتی که شبیه به زمین هستند و بدنه آنها عمدتاً از سنگ تشکیل شده‌ است: عطارد، ناهید، زمین و مریخ. عطارد با ۰٫۰۵۵ جرم زمین کوچکترین سیاره سنگی و زمین بزرگترین سیاره سنگی منظومه شمسی هستند. در واقع این‌ سیارات تکه‌هایی از گرد و غبارهای قرص برافزایشی اولیه بوده‌اند که به هم چسبیده‌اند، بزرگ شده‌اند و به شکل سیاره‌ در آمده‎اند.

غول‌های گازی: سیاراتی که عمدتاً از مواد گازی تشکیل شده‌اند و بسیار سنگین‌تر از سیارت سنگی هستند: مشتری، زحل، اورانوس، نپتون. مشتری با ۳۱۸ برابر جرم زمین بزرگترین سیاره منظومه شمسی است در حالیکه زحل یک سوم مشتری و ۹۵ برابر جرم زمین، جرم دارد. غول‌های یخی، شامل اورانوس و نپتون زیررده‌ای از غول‌های گازی است که وجه تمایز آنها با غول‌های گازی دیگر، جرم به مراتب کمتر آنها (تنها ۱۴ تا ۱۷ برابر جرم زمین)، خالی بودن اتمسفرشان از هلیم و هیدروژن و مقادیر به مراتب بیشتر سنگ و یخ در آنهاست