ماه ۵ ساعته تشکیل شده است!
پژوهشگران میگویند کره ماه که تنها قمر سیاره زمین است، تنها در عرض ۵ ساعت پس از برخورد عظیم یک جرم عظیم آسمانی به زمین باستانی تشکیل شده است.
روزی در تاریخ، حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش، روزی دراماتیک برای سیاره زمین بود، چرا که به سیاره ما یک قمر هدیه داد.
به گفته محققان، ماه میتواند ظرف چند ساعت پس از برخورد عظیم بین زمین و یک پیشسیاره به اندازه مریخ در اوایل تاریخ منظومه شمسی تشکیل شده باشد. این نظریه از شبیهسازیهای جدیدی ناشی میشود که چگونگی تأثیر دمای داخلی پیشسیارههای جوان بر خواص زمینشناسی آنها و در نتیجه برخوردهایی که تجربه کردهاند را در نظر میگیرند.
این سناریوی برخورد عظیم، به ویژه به لطف کار انجام شده توسط دانشمند سیارهای، رابین کانوپ، به نظریه پیشرو در مورد چگونگی تشکیل ماه تبدیل شده است. وی از سال ۲۰۰۱ شبیهسازیهای کامپیوتری متعددی را انجام داده و اصلاح کرده است که توصیف میکند چگونه یک جرم به اندازه مریخ به نام تیا(Theia) با زاویهای درست به سمت پرتاب خردههای آن به مدار اطراف پیشسیاره برخورد کرده است.
اکنون محققان دیگری نیز وارد عمل شدهاند. آدین دنتون از موسسه تحقیقاتی جنوب غربی، رهبری تیمی را بر عهده دارد که برخی از دقیقترین شبیهسازیهای این برخورد را تاکنون انجام داده و ویژگیهای زمینشناسی بیشتری از جهانهای برخوردکننده را در نظر گرفته است.
دنتون در بیانیهای گفت: مدلها به گونهای تکامل یافتهاند که قدرت مواد را نیز در نظر بگیرند، چیزی که هنگام مطالعه برخورد بین اجرام کوچکتر مانند سیارکها یا برای مقاله قبلی من در مورد تشکیل سیستم پلوتو-شارون بسیار مهم است. ما مطمئن نبودیم که این موضوع برای ماه مهم باشد یا نه. وقتی شبیهسازیها را انجام دادیم، متوجه شدیم که در واقع اهمیت زیادی دارد.
مشخص شد که اجرام گرمتر ضعیفتر از اجرام سردتر هستند. پس از تشکیل سیارات، آنها هنوز از زمان تشکیل خود از درون داغ بودند که این امر بر قدرت مواد آنها تأثیر میگذاشت. با توجه به اینکه آن برخورد ماهساز مدت کوتاهی پس از تشکیل منظومه شمسی رخ داده است، این امر بر برخورد با «تیا» تأثیر گذاشته است، اما اینکه تا چه درجهای، به چگونگی برخورد و اینکه «تیا» چقدر سرد شده بوده بستگی دارد.
هنگامی که «تیا» به زمین برخورد کرد، کاملاً نابود شد. در حالی که بخش زیادی از هسته آهنی خرد شده آن به درون زمین فرو رفت و حلقه بزرگی از خرده سنگها به دور زمین پیچید و ماه را تشکیل داد.
اثر اصلیِ گرمتر بودن دما در چند صد مایلی بیرونی «تیا» این بود که بر توانایی آن در تغییر شکل پس از برخورد و جذب تکانه برخورد تأثیر میگذاشت. این به نوبه خود بر نحوه پخش خرده سنگها در اطراف زمین برای تشکیل ماه تأثیر میگذاشت. بنابراین محققان با گنجاندن دماها و استحکامهای مختلف مواد در شبیهسازیها توانستند نگاه بهتری به چگونگی وقوع برخورد و شکلگیری ماه در نتیجه آن داشته باشند.
شبیهسازیهای قبلی دو سناریوی ممکن را نشان دادهاند. یکی این است که حلقه خرده سنگها برای مدت زمان قابل توجهی در اطراف معلق مانده و به ماه اجازه داده است تا به تدریج از آن جدا شود. سناریوی دیگر که اولین بار در شبیهسازیهای تحت رهبری ناسا در سال 2022 به تصویر کشیده شد، حاکی از آن است که ماه در عرض چند ساعت از این خرده سنگها تشکیل شده است.
اکنون مدلهای دنتون به طور بالقوه این احتمال شگفتانگیز را تقویت میکنند.
اگر «تیا» سردتر بود، به این معنی که برخورد، کمی دیرتر در تاریخ منظومه شمسی، شاید ۱۰۰ تا ۱۵۰ میلیون سال پس از تولد سیارات رخ داده باشد، آنگاه حلقه خرده سنگها به گونهای شکل میگرفت که به ماه اجازه میداد به تدریج به هم بپیوندد و از آنجا که قویتر بود، بخش بیشتری از «تیا» سالم میماند تا با زمین ادغام شود.
از سوی دیگر، یک «تیای» گرمتر که کمتر از ۶۰ میلیون سال پس از تشکیل سیارات به زمین برخورد میکرد، سناریویی را ایجاد میکرد که در آن ماه میتواند خیلی سریع تشکیل شود، در حالی که خود «تیا» محو میشود.
دنتون میگوید: بسته به اینکه زمین و «تیا» قبل از برخورد چقدر داغ باشند، برخورد میتواند «تیا» را نابود کند و این قرص عظیم از خرده سنگها را ایجاد کند که در نهایت ماه را تشکیل میدهد، اما وقتی از همان پارامترهای مدلسازی برخورد اولیه استفاده کردم (با ساختارهای دمایی برابر داخل هر دو جرم)، در حدود پنج ساعت، یک ماه سالم پدیدار شد.
این یک روز خاص در تاریخ سیاره ما بوده که یک ماه جدید و یک دردسر عظیم را همزمان به دست آورده است.
رابین کانوپ از موسسه تحقیقاتی ساوثوست که در این مطالعه مشارکتی نداشته است، گفت: این نتایج جدید شگفتانگیز و هیجانانگیز، نشاندهنده ارتباط بالقوهای بین خواص فیزیکی ماه امروزی، از جمله شاید محتوای فرّار آن و وضعیت حرارتی زمین و «تیا» در زمان آن برخورد بزرگ است. این به نوبه خود میتواند به دانشمندان کمک کند تا زمان وقوع رویداد تشکیل ماه را بهتر تعیین کنند.
در هر دو سناریو به نظر میرسد که ماه عمدتاً از مواد گوشته «تیا» ساخته شده است و تنها مقدار کمی از گوشته زمین با آن مخلوط شده است. این یافته اخیر با توجه به شباهتهای بین ترکیب ماه و گوشته زمین، تعجبآور است.
با این حال، تحقیقات نشان داده است که داستان به وضوح پیچیدهتر است، زیرا با وجود شباهتها، تفاوتهای گیجکنندهای نیز در سطوح ایزوتوپها وجود دارد که نمیتوان به راحتی با شبیهسازیهای فعلی از جمله شبیهسازی دنتون، آنها را توضیح داد.
این شبیهسازیها میتوانند پیامدهایی در جستوجوی قمرهای فراخورشیدی داشته باشند. اگر ماه در عرض چند ساعت تشکیل شده باشد، جستجوی دیسکهای تشکیلدهنده قمر فراخورشیدی در اطراف سیارات فراخورشیدی زمینی ممکن است تلاشی بیثمر باشد، زیرا چنین دیسکهایی بسیار کوتاهمدت خواهند بود.
با این حال، دیسکهای تشکیلدهنده قمر در اطراف سیارات فراخورشیدی غولپیکر گازی موضوع متفاوتی خواهند بود، زیرا این دیسکها از برخوردها تشکیل نمیشوند، بلکه از مواد باقیمانده از تشکیل آن سیارات تشکیل میشوند.
این مطالعه در Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
