Столкновение планетарных зародышей объяснило загадку железного сердца Меркурия
a–d. Временные интервалы между кадрами указаны в левом верхнем углу и неравномерны. Масштаб и ориентация показаны внизу каждого кадра. Прото-Меркурий (0,13 массы Земли) изображен с розовой мантией и бирюзовым ядром. Цель (второе тело) обозначена красной мантией и желтым ядром. Угол столкновения — 32,5°, скорость — 22,3 км/с. Общая длительность симуляции — 48 часов.
a) Начальные условия: два тела с долей ядра 30% и каменистым составом перед ударом.
b, c) Промежуточные стадии столкновения.
d) Образование объекта, похожего на Меркурий, через 48 часов: доля железа (ZFe) — 0,68, масса — 0,056 массы Земли. Значения почти совпадают с современными данными по Меркурию. Источник: Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02582-y.
Формирование Меркурия остается одной из главных загадок Солнечной системы. Ближайшая к Солнцу планeta обладает аномально крупным металлическим ядром (около 70% массы) и тонкой каменистой мантией. Ранее считалось, что такой состав возник из-за катастрофического столкновения Меркурия с крупным небесным телом, которое «сорвало» большую часть мантии. Однако моделирование показывает, что подобные столкновения между телами с сильно различающейся массой крайне маловероятны.
Новое исследование предлагает альтернативу: Меркурий мог образоваться в результате касательного удара двух протопланет схожей массы. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy под руководством Патрика Франко, астронома из Национальной обсерватории Бразилии.
«Наши симуляции демонстрируют, что Меркурию не нужны экзотические сценарии. Столкновение зародышей планет сравнимой массы объясняет его состав. Это статистически более вероятное событие», — говорит Франко.
Столкновение произошло на поздних этапах формирования Солнечной системы, когда каменистые протопланеты конкурировали за место во внутренних областях. «Они сталкивались и сливались, пока не сформировались стабильные орбиты, как сегодня», — поясняет ученый.
Моделирование по методу сглаженных частиц
Для реконструкции события использовали метод SPH (smoothed particle hydrodynamics), который моделирует динамику жидкостей, газов и деформируемых твердых тел. В отличие от подхода Эйлера, SPH в лагранжевой системе отсчета отслеживает движение каждой частицы.
Результаты показали, что столкновение под углом 32,5° и скоростью 22,3 км/с привело к потере 60% исходной мантии прото-Меркурия. Образовавшийся объект почти точно соответствует современному Меркурию: масса — 5,6% земной, доля железа — 68%. Погрешность модели — менее 5%.
Куда исчезли обломки?
Ранее считалось, что выброшенный материал падает обратно на планету, но это не объясняет аномальную металличность Меркурия. Новая модель предполагает, что часть обломков могла быть унесена в космос. «Возможно, их поглотила Венера на стадии формирования. Это требует проверки», — отмечает Франко.
Будущие исследования
Ученые планируют сопоставить данные модели с образцами миссии BepiColombo (ESA/JAXA), которая изучает Меркурий с 2025 года. «Это наименее изученная планета, но новая эра исследований уже началась», — говорит Франко.
Работа также помогает понять процессы потери материала протопланетами. Аналогичные механизмы могут объяснить состав экзопланет с ультракороткими периодами обращения.
Недавние исследования метеоритов показали, что изотопный состав Меркурия напоминает древние астероиды, что косвенно поддерживает теорию раннего катастрофического события. Однако доставка грунта с планеты, запланированная в рамках миссии BepiColombo, позволит провести прямую проверку гипотезы.
«Если образцы подтвердят высокое содержание металлов и следы ударной деформации, это станет триумфом нашей модели», — заключил Франко.
Источник:
Patrick Franco et al, Formation of Mercury by a grazing giant collision involving similar-mass bodies, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02582-y
Препринт на arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2503.02826
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
