Μια κοσμική συντριβή μπορεί να έχει δημιουργήσει τη Σελήνη
Κάποιοι γάμοι κανονίζονται. Άλλα είναι για αγάπη, άλλα για ευκολία. Μερικά συμβαίνουν ως αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης εκατομμυρίων τόνων στο διάστημα. Η Γη και το φεγγάρι, για παράδειγμα.
Τα τελευταία είκοσι χρόνια υπήρξε ένα κυρίαρχο μοντέλο για να εξηγήσει την προέλευση της σελήνης:η υπόθεση της γιγαντιαίας πρόσκρουσης . Η Γη πιστεύεται ότι σχηματίστηκε από μια διαδοχική σύγκρουση με «πλανητικά έμβρυα» μεγέθους φεγγαριού στον Άρη, τα δομικά στοιχεία των πλανητών. Η υπόθεση της γιγαντιαίας πρόσκρουσης προτείνει ότι η τελευταία από αυτές τις συγκρούσεις γέννησε το φεγγάρι. Ένα σώμα σε μέγεθος φεγγαριού με το παρατσούκλι «Θεία» -από το όνομα της μητέρας του φεγγαριού από την Ελληνική Μυθολογία- συγκρούστηκε με την αναπτυσσόμενη Γη. Μέρος του υλικού από την πρόσκρουση περιστράφηκε σε έναν δίσκο από βραχώδη συντρίμμια που περιφέρεται γύρω από τη νεαρή Γη και, κατά τη διάρκεια των επόμενων χιλιάδων ετών, συσσωματώθηκε στο φεγγάρι.
Οι υδροδυναμικές προσομοιώσεις έχουν δείξει ότι το γιγάντιο μοντέλο κρούσης μπορεί να ταιριάζει με τα μεγέθη και την τροχιά της Γης και της Σελήνης. Ωστόσο, ένα βασικό μυστήριο παραμένει, στις συνθέσεις της Γης και της Σελήνης.
Η σύνθεση του φεγγαριού θεωρήθηκε ότι ουσιαστικά δεν διακρίνεται από τον μανδύα της Γης. Και οι δύο είναι κυρίως βραχώδεις με ένα μείγμα ορυκτών. Αυτό που είναι πιο ενδιαφέρον είναι ότι η Γη και η Σελήνη πιστεύεται ότι είναι σχεδόν πανομοιότυπα σε ισοτοπικό επίπεδο. Ένα ισότοπο ενός στοιχείου είναι απλώς το ίδιο στοιχείο με διαφορετικό αριθμό νετρονίων Το οξυγόνο έχει τρία σταθερά ισότοπα:O, O και O. Οι αναλογίες αυτών των διαφορετικών ισοτόπων είναι μια σημαντική χημική υπογραφή, όπως οι γενετικοί δείκτες. Και είναι σημαντικό, ιστορικά, ότι η Γη και η Σελήνη μοιράζονται σχεδόν το ίδιο δακτυλικό αποτύπωμα ισοτόπου οξυγόνου.
Αυτή η ομοιότητα είναι προβληματική για το μοντέλο κρούσης, επειδή, σύμφωνα με το μοντέλο, το φεγγάρι θα έπρεπε να αποτελείται από διαφορετικά πράγματα από τη Γη. Μόνο το δέκα με σαράντα τοις εκατό του φεγγαριού θα έπρεπε να προέρχεται από υλικό που ήταν αρχικά μέρος της πρωτο-Γης και το υπόλοιπο από τη Θεία. Έτσι, η ομοιότητα της σελήνης και των αποτυπωμάτων της Γης απαιτεί μια εναλλακτική εξήγηση.
Υπάρχουν τουλάχιστον δύο πιθανές λύσεις σε αυτό το πρόβλημα. Πέρυσι, ήμουν μέλος μιας ομάδας που μου πρότεινε. Η λύση μας ήταν ότι η Theia και η proto-Earth θα μπορούσαν ήδη να είχαν μοιραστεί το ίδιο δακτυλικό αποτύπωμα πριν συγκρούστηκαν. Η εργασία μας βασίστηκε σε μια σουίτα προσομοιώσεων υπολογιστή των τελευταίων φάσεων της ανάπτυξης των πλανητών. Δείξαμε ότι το τελευταίο σώμα που θα συγκρουστεί με την αναπτυσσόμενη Γη θα ήταν πιθανότατα πολύ πιο παρόμοιο στη σύνθεση με τη Γη από ό,τι θα περίμενε κανείς. Στο δέκα έως είκοσι τοις εκατό των προσομοιωμένων συγκρούσεων, η ομοιότητα ήταν τόσο έντονη που προέβλεπε ότι η Γη και η Σελήνη θα είχαν τα ίδια ισοτοπικά δακτυλικά αποτυπώματα.
Μια δεύτερη λύση προτείνει ότι η πρόσκρουση που σχηματίζει το φεγγάρι ήταν πολύ πιο ενεργητική από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως, δημιουργώντας ένα τεράστιο σύννεφο εξατμισμένου βράχου περισσότερο από 500 φορές μεγαλύτερο από τη Γη. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, ο ατμοποιημένος βράχος ήταν ένα μείγμα του μανδύα της Πρωτο-Γης και της Θείας. Ο μανδύας και η ατμόσφαιρα της Γης, και το υλικό της Θείας, έγιναν ένα εντελώς ανάμεικτο και συνεχές σύννεφο. Το φεγγάρι στη συνέχεια συμπυκνώθηκε από αυτό.
Μια νέα μελέτη στη Φύση από τους Wang και Jacobsen έχει πρόσφατα ταχθεί υπέρ της δεύτερης λύσης. Η μελέτη μέτρησε δύο ισότοπα καλίου τόσο σε πετρώματα της Σελήνης όσο και σε βράχους από τον μανδύα της Γης. Βρήκαν ότι τα πετρώματα του φεγγαριού περιείχαν περίπου τέσσερα μέρη ανά δέκα χιλιάδες περισσότερα από το βαρύ ισότοπο καλίου Κ από το ελαφρύτερο ισότοπο Κ. Αυτό θα μπορούσε εύκολα να εξηγηθεί από τη συμπύκνωση του φεγγαριού από έναν καυτό δίσκο ατμών βράχου. Καθώς το βαρύτερο ισότοπο συμπυκνώνεται πιο εύκολα από το ελαφρύτερο, και επειδή το φεγγάρι πρέπει να έχει συμπυκνωθεί γρήγορα, θα περίμενε κανείς ότι το φεγγάρι θα είναι εμπλουτισμένο σε βαρύ κάλιο, όπως παρατηρήθηκε. Αυτός ο εμπλουτισμός στην πραγματικότητα εξαρτάται από τις συνθήκες μέσα στο νέφος ατμών, και έτσι η μέτρηση παρέχει πληροφορίες για τη φυσική των δίσκων που σχηματίζουν τη σελήνη.
Η διαφορά στα ισότοπα του καλίου μεταξύ της Γης και της Σελήνης είναι δύσκολο να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας την πρώτη λύση. Εάν η Θεία και η πρωτο-Γη είχαν την ίδια σύνθεση, τότε δεν θα υπήρχε λόγος για τη διαφορά στα ισότοπα του καλίου.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η πρώτη λύση ήταν ήδη σε ασταθές έδαφος. Μια άλλη μελέτη που κυκλοφόρησε τον Ιανουάριο μέτρησε εκ νέου τα ισότοπα οξυγόνου στους βράχους του φεγγαριού. Η μελέτη μας βασίστηκε σε μια μέτρηση του 2014 που βρήκε μια διαφορά μεταξύ των δακτυλικών αποτυπωμάτων οξυγόνου της Γης και της Σελήνης περίπου 12 μέρη ανά εκατομμύριο. Στις προσομοιώσεις μας για την ανάπτυξη της Γης, υπήρχαν μερικά παραδείγματα πλανητών στους οποίους το τελευταίο κρουστικό εκκρεμές ταίριαζε με την πρωτο-Γη περίπου σε αυτό το επίπεδο. Αλλά η νέα μελέτη βρήκε μια πιο στενή αντιστοιχία μεταξύ της Γης και της Σελήνης, με ένα ανώτερο όριο μόλις 5 μέρη ανά εκατομμύριο. Οι πιθανότητες αντιστοίχισης αυτού του ακόμη πιο παρόμοιου δακτυλικού αποτυπώματος στις προσομοιώσεις μας μειώθηκαν δραστικά.
Πώς νιώθετε, θα ρωτήσετε, που το δικό σας επιστημονικό μοντέλο δεν ευνοείται; Λοιπόν, δεν νιώθω ιδιαίτερα αναστατωμένος. Η επιστήμη δεν βασίζεται ποτέ σε μια ιδέα, και συχνά το να καταλάβουμε τι δεν συνέβη είναι εξίσου χρήσιμο με το να καταλάβουμε τι μπορεί να έχει. Είναι συναρπαστικό που αυτό το νέο μοντέλο φαίνεται να συγκρατείται και ότι είμαστε πιο κοντά στο να καταλάβουμε πώς σχηματίστηκε το φεγγάρι.
Σον Ρέιμοντ Ο είναι ένας αστρονόμος που μελετά τον σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητικών συστημάτων. Δημοσιεύει επίσης blog στο planetplanet.net .
