شبیهسازیهای جدید نشان میدهند که ماه ممکن است تنها پنج ساعت پس از برخورد فاجعهبار زمین با تیا، پیشسیارهی نابودشده در اوایل عمر منظومه شمسی، شکل گرفته باشد. این یافته شگفتانگیز میتواند به روشنتر شدن چگونگی وقوع دیگر برخوردهای تاریخی در محله کیهانی ما و فراتر از آن کمک کند.
دانشمندان با اطمینان زیاد باور دارند که وقتی منظومه شمسی هنوز جوان و بهشدت ناپایدار بود، ماه در نتیجهی برخورد جرمی هماندازه با مریخ به نام تیا با زمین اولیه بهوجود آمد. این برخورد عظیم احتمالاً زمین و تیا را به تودههایی چرخان از سنگ مذاب تبدیل کرد که در نهایت به هم پیوستند، سرد شدند و زمین و ماه امروزی را به وجود آوردند. بسیاری از دانشمندان باور دارند اگر این برخورد رخ نمیداد، شاید حیات هرگز روی زمین شکل نمیگرفت.
سنگهای ماه که در جریان مأموریتهای آپولو ناسا به زمین آورده شدند، شواهدی در حمایت از نظریهی مورد بحث با نام «فرضیه برخورد بزرگ» ارائه کردند. این نمونهها همچنین نشان میدهند که ماه حدود ۴٫۵ میلیارد سال قدمت دارد؛ بنابراین برخورد تیا و زمین تقریباً ۱۰۰ میلیون سال پس از تولد خورشید رخ داده است. هرچند دانشمندان پیشتر این رویداد برخوردی را شبیهسازی کردهاند، تعیین دقیق چگونگی شکلگیری ماه و اینکه چه مدت پس از برخورد پدید آمده، دشوار بوده است.
پژوهشگران در مطالعهای جدید، مجموعهای از شبیهسازیها را انجام دادند که بر ویژگیهای زمینشناختی احتمالی و متفاوت زمین و تیا پیش از برخورد تمرکز داشت. این عامل تا پیش از این کمتر مورد بررسی قرار گرفته بود.
آدین دنتون، زمینشناس و دانشمند علوم سیارهای در مؤسسه پژوهشی جنوبغربی در بولدر کلرادو و نویسنده اول مقاله، در بیانیهای گفت: «وقتی زمین و ماه را بهعنوان اجرام درحال برخورد با ویژگیهای زمینشناختی متفاوت شبیهسازی میکنید، نحوه شکلگیری ماه از این برخورد تغییر میکند؛ چیزی که پیشتر تصور میکردیم ضرورتی برای درنظر گرفتن آن وجود ندارد.»
تا پیش از این، شبیهسازیهای برخورد زمین و تیا عمدتاً بر جرم دو جسم برخوردکننده تمرکز داشتند. اما پژوهشگران در مطالعه جدید بیشتر به استحکام مواد تشکیلدهنده دو جسم، بهویژه سختی لایههای بیرونی آنها، علاقهمند بودند.
دنتون گفت: «مدلها تکامل پیدا کردهاند تا استحکام مواد را نیز درنظر بگیرند؛ عاملی که هنگام مطالعه برخورد اجرام کوچکتر مانند سیارکها واقعاً اهمیت دارد. مطمئن نبودیم که این عامل برای ماه هم مهم باشد یا نه. اما وقتی شبیهسازیها را انجام دادیم، متوجه شدیم که در واقع اهمیت زیادی دارد.»
مهمترین عامل تعیینکنندهی استحکام اجرام برخوردکننده، دما است. زمین و تیا هنگام برخورد بسیار جوان بودند؛ درنتیجه همچنان دمای بالا و سطوح نرم یا مذاب داشتند. این ویژگیها میتوانستند مانند نوعی ضربهگیر عمل کنند و باعث شوند بقایای برخورد تا حد زیادی یکپارچگی خود را حفظ کنند و ماه سریعتر شکل بگیرد.
اما زمانی که فرضیه برخورد بزرگ نخستینبار در سال ۲۰۰۱ مطرح شد، پژوهشگران تصور میکردند برخورد بسیار دیرتر رخ داده است؛ یعنی زمانی که زمین و تیا تا حدی سرد شده و شکنندهتر شده بودند. در چنین شرایطی، برخورد آنها میتوانست میدان بزرگتری از بقایای سنگی ایجاد کند که برای بههمپیوستن و شکلدادن ماه به زمان بیشتری نیاز داشت.
عدد پنج ساعت فقط یکی از نتایج احتمالی است و راهی برای دانستن دقیق اینکه زمین و تیا هنگام برخورد واقعاً چقدر داغ و در نتیجه چقدر نرم بودهاند، وجود ندارد
پژوهشگران برخورد را با طیفی از دماهای احتمالی شبیهسازی کردند و دریافتند که در غیرعادیترین سناریو، یعنی زمانی که هر دو جرم در گرمترین حالت خود قرار داشتند، ماه میتوانسته تنها در پنج ساعت شکل بگیرد. بااینحال، این فقط یکی از نتایج احتمالی است و راهی برای دانستن دقیق اینکه زمین و تیا هنگام برخورد واقعاً چقدر داغ و در نتیجه چقدر نرم بودهاند، وجود ندارد.
ماه پس از شکلگیری اولیه، با اقیانوسی از ماگما پوشیده شده بود که برای جامدشدن به صدها میلیون سال زمان نیاز داشت. حتی پس از آن نیز نزدیکی بیشتر ماه به زمین احتمالاً باعث شده بود سطح آن محیطی بسیار آتشفشانی و خشن باشد. با گذشت زمان، ماه از زمین فاصله گرفت و بیشتر سرد شد و امروزه تصور میشود از نظر زمینشناختی تقریباً مرده است. البته ماه همچنان بهآرامی از زمین دور میشود و اگر خورشید تا حدود پنج میلیارد سال دیگر ماه و زمین را نابود نکرده باشد، ممکن است در نهایت بهطور کامل از گرانش سیارهی ما رها شود.
شبیهسازیهای جدید اهمیت استحکام مواد را در مدلسازی برخوردهای سیارهای برجسته میکنند؛ عاملی که میتواند درک ما از دیگر برخوردهای باستانی را نیز تغییر دهد؛ از جمله برخوردی که باعث شد گانیمد، بزرگترین قمر مشتری از محور خود منحرف شود یا برخوردی که احتمالاً در شکلگیری تیتان، بزرگترین قمر زحل نقش داشته است.
علاوه بر این، یافتههای جدید میتوانند پیامدهایی برای جستوجوی قمرهای فراخورشیدی داشته باشند که تاکنون شناسایی قطعی آنها بسیار دشوار بوده است. تا امروز، یکی از روشهای اصلی اخترشناسان برای جستوجوی این قمرهای بیگانه، بررسی میدانهای بقایای برخوردی در اطراف سیارههای فراخورشیدی بوده است. اما اگر ماه خودمان نمونهای راهنما باشد، این میدانهای آوار ممکن است عمر بسیار کوتاهی داشته باشند و شناسایی آنها دشوار باشد.
مطالعه اول سپتامبر در نشریه The Astrophysical Journal Letters منتشر شد.
