Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một nhà khoa học hành tinh đã sử dụng các tính toán toán học cẩn thận để xác định mật độ của lớp vỏ Sao Thủy, mỏng hơn mọi người nghĩ.
Sao Thủy nhỏ, nhanh và gần mặt trời, khiến thế giới đá đầy thách thức phải ghé thăm. Chỉ có một tàu thăm dò đã từng quay quanh hành tinh và thu thập đủ dữ liệu để nói với các nhà khoa học về hóa học và cảnh quan bề mặt của Sao Thủy. Tìm hiểu về những gì bên dưới bề mặt, tuy nhiên, đòi hỏi phải ước tính cẩn thận.
Sau khi sứ mệnh của tàu thăm dò kết thúc vào năm 2015, các nhà khoa học hành tinh ước tính vỏ Mercury là xấp xỉ dày 22 dặm. Một nhà khoa học của Đại học Arizona không đồng ý.
Sử dụng các công thức toán học gần đây nhất, Mặt trăng và Phòng thí nghiệm khoa học hành tinh nhân viên sư Michael Sori ước tính rằng lớp vỏ Mercurial là dày chỉ 16 dặm và là dày đặc hơn so với nhôm. Nghiên cứu của ông, “Một lớp vỏ mỏng, dày đặc cho thủy ngân”, sẽ được xuất bản vào ngày 1 tháng 5 trên Trái đất và Thư khoa học hành tinh và hiện đang có sẵn trực tuyến.
Sori đã xác định mật độ của lớp vỏ Sao Thủy bằng cách sử dụng dữ liệu được thu thập bởi tàu vũ trụ Bề mặt Sao Thủy, Môi trường Không gian và Phạm vi Địa hóa (MESSENGER). Ông đã tạo ra ước tính của mình bằng một công thức được phát triển bởi Isamu Matsuyama, giáo sư tại Phòng thí nghiệm Mặt trăng và Hành tinh, và nhà khoa học Douglas Hemingway của Đại học California.
Ước tính của Sori ủng hộ giả thuyết rằng lớp vỏ của Sao Thủy hình thành chủ yếu thông qua hoạt động núi lửa. Hiểu cách lớp vỏ được hình thành có thể cho phép các nhà khoa học hiểu được sự hình thành của toàn bộ hành tinh có cấu trúc kỳ quặc.
“Trong số các hành tinh trên mặt đất, Sao Thủy có lõi lớn nhất so với kích thước của nó,” Sori nói.
Lõi của sao Thủy được cho là chiếm 60% toàn bộ thể tích của hành tinh. Để so sánh, lõi Trái đất chiếm khoảng 15% khối lượng của nó. Tại sao lõi của Sao Thủy lại lớn như vậy?
“Có lẽ nó hình thành gần hơn với một hành tinh bình thường và có thể rất nhiều lớp vỏ và lớp phủ bị tước đi bởi những tác động khổng lồ”, Sori nói. “Một ý tưởng khác là có thể, khi bạn đang hình thành rất gần mặt trời, gió mặt trời thổi bay rất nhiều tảng đá và bạn có kích thước lõi lớn từ rất sớm. Vẫn chưa có câu trả lời mà mọi người đều đồng ý.”
Công việc của Sori có thể giúp các nhà khoa học chỉ ra hướng đi đúng đắn. Đã, nó đã giải quyết một vấn đề liên quan đến những tảng đá trong lớp vỏ của Sao Thủy.
Đá bí ẩn của sao Thủy
Khi các hành tinh và mặt trăng của Trái đất hình thành, lớp vỏ của chúng được sinh ra từ lớp vỏ của chúng, lớp giữa lõi của một hành tinh và lớp vỏ chảy ra và chảy trong suốt hàng triệu năm. Thể tích của lớp vỏ của một hành tinh đại diện cho tỷ lệ phần trăm lớp phủ bị biến thành đá.
Trước nghiên cứu của Sori, ước tính độ dày của lớp vỏ Sao Thủy khiến các nhà khoa học tin rằng 11% lớp phủ ban đầu của hành tinh đã bị biến thành đá trong lớp vỏ. Đối với mặt trăng của Trái đất – thiên thể có kích thước gần nhất với Sao Thủy con số thấp hơn, gần 7%.
“Hai cơ thể hình thành lớp vỏ của chúng theo những cách rất khác nhau, do đó, không nhất thiết phải báo động rằng chúng không có cùng một tỷ lệ đá chính xác trong lớp vỏ của chúng”, Sori nói.
Lớp vỏ của mặt trăng hình thành khi các khoáng chất ít đậm đặc hơn trôi nổi trên bề mặt của một đại dương đá lỏng trở thành lớp phủ của cơ thể. Trên đỉnh đại dương magma, các khoáng chất nổi của mặt trăng nguội đi và cứng lại thành một “lớp vỏ nổi”. Một loạt các vụ phun trào núi lửa bao phủ bề mặt Sao Thủy và tạo ra “lớp vỏ magma”.
Giải thích tại sao Sao Thủy tạo ra nhiều đá hơn mặt trăng là một bí ẩn khoa học không ai giải được. Bây giờ, vụ án có thể được đóng lại, vì nghiên cứu của Sori đặt tỷ lệ đá trong lớp vỏ của Sao Thủy là 7%. Sao Thủy không tốt hơn mặt trăng trong việc tạo ra đá.
Sori đã giải quyết bí ẩn bằng cách ước tính độ sâu và mật độ của lớp vỏ, điều đó có nghĩa là anh ta phải tìm ra loại đẳng hướng nào hỗ trợ lớp vỏ của Sao Thủy.
Xác định mật độ và độ sâu
Hình dạng tự nhiên nhất để một cơ thể hành tinh có thể là một hình cầu nhẵn, trong đó tất cả các điểm trên bề mặt là một khoảng cách bằng nhau từ lõi của hành tinh. Isostasy mô tả làm thế nào núi, thung lũng và đồi được hỗ trợ và giữ cho không bị san phẳng thành đồng bằng mịn.
Có hai loại isostasy chính: Pratt và Airy. Cả hai tập trung vào việc cân bằng khối lượng của các lát có kích thước bằng nhau của hành tinh. Nếu khối lượng trong một lát lớn hơn nhiều so với khối lượng trong một lát bên cạnh, lớp phủ của hành tinh sẽ chảy ra, dịch chuyển lớp vỏ trên đỉnh của nó cho đến khi khối lượng của mỗi lát bằng nhau.
Pratt isostasy nói rằng lớp vỏ của một hành tinh khác nhau về mật độ. Một lát của hành tinh chứa một ngọn núi có cùng khối lượng với một lát chứa đất bằng phẳng, bởi vì lớp vỏ làm cho ngọn núi này ít đậm đặc hơn lớp vỏ tạo nên vùng đất bằng phẳng. Trong tất cả các điểm của hành tinh, đáy của lớp vỏ nổi đều trên lớp phủ.
Cho đến khi Sori hoàn thành nghiên cứu của mình, không có nhà khoa học nào giải thích được tại sao Pratt isostasy sẽ hoặc không hỗ trợ cảnh quan của Sao Thủy. Để kiểm tra nó, Sori cần liên hệ mật độ của hành tinh với địa hình của nó. Các nhà khoa học đã xây dựng bản đồ địa hình Sao Thủy bằng dữ liệu từ MESSENGER, nhưng bản đồ mật độ không tồn tại. Vì vậy, Sori đã tự tạo bằng cách sử dụng dữ liệu của MESSENGER về các yếu tố được tìm thấy trên bề mặt Sao Thủy.
“Chúng tôi biết những khoáng chất thường tạo thành đá và chúng tôi biết những nguyên tố nào trong số các khoáng chất này chứa. Chúng tôi có thể phân chia một cách thông minh tất cả lượng hóa chất thành một danh sách khoáng sản”, Sori nói về quá trình ông sử dụng để xác định vị trí và sự phong phú của khoáng sản trên bề mặt. “Chúng tôi biết mật độ của từng loại khoáng sản này. Chúng tôi bổ sung tất cả chúng và chúng tôi có được một bản đồ về mật độ.”
Sori sau đó so sánh bản đồ mật độ của mình với bản đồ địa hình. Nếu đẳng tích Pratt có thể giải thích cảnh quan của Sao Thủy, Sori dự kiến sẽ tìm thấy các khoáng chất mật độ cao trong các miệng hố và các khoáng chất mật độ thấp ở vùng núi; Tuy nhiên, anh không tìm thấy mối quan hệ như vậy. Trên sao Thủy, các khoáng chất có mật độ cao và thấp được tìm thấy ở các ngọn núi và miệng núi lửa.
Với sự đồng đều của Pratt không được chứng minh, Sori đã xem xét phương pháp đẳng nhiệt Airy, được sử dụng để ước tính độ dày vỏ của Sao Thủy. Isostasy thoáng khí nói rằng độ sâu của lớp vỏ của một hành tinh thay đổi tùy theo địa hình.
“Nếu bạn nhìn thấy một ngọn núi trên bề mặt, nó có thể được hỗ trợ bởi một cái rễ bên dưới nó,” Sori nói, giống như nó là một tảng băng trôi trên mặt nước.
Phần nổi của tảng băng được hỗ trợ bởi một khối băng nhô ra dưới nước sâu. Các tảng băng chứa khối lượng tương tự như nước mà nó thay thế. Tương tự, một ngọn núi và gốc của nó sẽ chứa cùng một khối lượng với vật liệu lớp phủ được di dời. Trong các miệng hố, lớp vỏ mỏng và lớp phủ gần bề mặt hơn. Một cái nêm của hành tinh chứa một ngọn núi sẽ có cùng khối lượng với một cái nêm chứa một miệng núi lửa.
“Các đối số này hoạt động theo hai chiều, nhưng khi bạn tính đến hình học hình cầu, công thức không thực sự chính xác,” Sori nói.
Công thức được phát triển gần đây bởi Matsuyama và Hemingway, tuy nhiên, không có tác dụng đối với các cơ thể hình cầu như các hành tinh. Thay vì cân bằng khối lượng của lớp vỏ và lớp phủ, công thức cân bằng áp lực mà lớp vỏ tác động lên lớp phủ, cung cấp ước tính chính xác hơn về độ dày của vỏ.
Sori đã sử dụng các ước tính của mình về mật độ của lớp vỏ và công thức của Hemingway và Matsuyama để tìm độ dày của lớp vỏ. Sori tự tin ước tính độ dày vỏ của Sao Thủy ở bán cầu bắc của nó sẽ không bị từ chối, ngay cả khi dữ liệu mới về Sao Thủy được thu thập. Anh ta không chia sẻ sự tự tin này về mật độ vỏ của Sao Thủy.
MESSENGER đã thu thập nhiều dữ liệu hơn ở bán cầu bắc so với miền nam và Sori dự đoán mật độ trung bình của bề mặt hành tinh sẽ thay đổi khi dữ liệu mật độ được thu thập trên toàn hành tinh. Ông đã thấy sự cần thiết của một nghiên cứu tiếp theo trong tương lai.
Nhiệm vụ tiếp theo tới Sao Thủy sẽ đến hành tinh vào năm 2025. Trong thời gian đó, các nhà khoa học sẽ tiếp tục sử dụng dữ liệu MESSENGER và các công thức toán học để tìm hiểu mọi thứ họ có thể về tảng đá đầu tiên từ mặt trời.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Arizona . Bản gốc được viết bởi Emily Walla. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :