قصة أصل القمر لا تضيف شيئًا. يعتقد معظم العلماء أن القمر تشكل في الأيام الأولى لنظامنا الشمسي. كان من الممكن أن يعود ذلك منذ حوالي 4.5 مليار سنة. في ذلك الوقت ، يشك بعض العلماء في وجود جسم صخري بحجم المريخ - ما يسمونه كوكب أولي - ضرب في الأرض الفتية. كان من الممكن أن يؤدي هذا الاصطدام إلى إرسال الحطام من كلا العالمين إلى المدار. في نهاية المطاف ، كانت بعض الأنقاض ستلتصق ببعضها البعض ، مكونة قمرنا.
أو ربما لا.
يشير علماء الفلك إلى هذا الكوكب الأولي باسم Theia (THAY-ah). سميت على اسم آلهة البصر اليونانية ، ولا أحد يعرف ما إذا كانت هذه الصخرة الكبيرة موجودة على الإطلاق - لأنه إذا حدث ذلك ، لكانت قد ماتت في ذلك الاصطدام العنيف مع الأرض.
وإليك سبب شك بعض علماء الفلك في أن ثيا كانت حقيقية:إذا اصطدمت بالأرض وساعدت في تكوين القمر ، فيجب أن يبدو القمر مثل هجين من الأرض وثيا. ومع ذلك ، تظهر الدراسات التي أجريت على الصخور القمرية أن التركيب الكيميائي للأرض وقمرها متماثلان تمامًا. لذلك يبدو أن قصة تأثير كوكب على كوكب تحتوي على بعض الثقوب.
وقد دفع ذلك بعض الباحثين للبحث عن سيناريوهات أخرى لتشكيل القمر. اقتراح واحد:سلسلة من التأثيرات خلقت أقمارًا صغيرة إلى حد كبير من مواد الأرض. بمرور الوقت ، ربما اندمجوا ليشكلوا قمرًا كبيرًا واحدًا.
يقول رالوكا روفو:"التأثيرات المتعددة تبدو أكثر منطقية". هي عالمة كواكب في معهد وايزمان للعلوم في رحوفوت بإسرائيل. "لست بحاجة إلى هذا المسبار الخاص لتشكيل القمر."
لكن لا ينبغي ترك ثيا على أرضية غرفة التقطيع - على الأقل حتى الآن. تشير دراسة جديدة إلى أنه من الممكن بناء الأرض وثيا إلى حد كبير من نفس النوع من المواد. ثم سيكون لديهم وصفة كيميائية مماثلة. لا توجد علامة على وجود مادة "أخرى" على القمر ، حسب هذا التفسير ، لأنه لم يكن هناك شيء مختلف عن ثيا.
يقول إدوارد يونغ:"أنا على الحياد تمامًا بين هاتين الفكرتين المتعارضتين". درس الكيمياء الكونية - كيمياء الكون - في جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس. سيتطلب تحديد القصة الصحيحة مزيدًا من البحث. يقول يونج إن الإجابة يمكن أن تقدم رؤى عميقة لتطور النظام الشمسي المبكر.
أم القمر
قمر الأرض غريب الأطوار. تعيش معظم الأقمار الأخرى في نظامنا الشمسي بعيدًا بين عمالقة الغاز ، مثل زحل والمشتري. الكوكب الأرضي الوحيد الآخر الذي يدور حول أقمار هو كوكب المريخ. قمراها فوبوس وديموس صغيران. التفسير الرئيسي لها هو أنه من المحتمل أنها كانت كويكبات. في مرحلة ما ، تم القبض عليهم بواسطة جاذبية الكوكب الأحمر. قمر الأرض كبير جدًا بالنسبة لهذا السيناريو. إذا كان القمر قد أتى من مكان آخر ، فمن المحتمل أن يكون قد اصطدم بالأرض أو هرب وهرب إلى الفضاء.
يعود تفسير بديل إلى القرن التاسع عشر. إنه يشير إلى أن المواد المكونة للقمر قد طارت من أرض فتيّة سريعة الدوران. (تخيل الأطفال الذين تم رميهم من لعبة دوامة خارجة عن السيطرة). لكن هذه الفكرة لم تحظ بالاهتمام ، مع ذلك ، عندما حسب العلماء سرعات الدوران المطلوبة. كانت سريعة بشكل مستحيل.
في منتصف السبعينيات ، اقترح علماء الكواكب فرضية التأثير العملاق. (في وقت لاحق ، في عام 2000 ، أطلقوا على هذا الجسم الغامض بحجم الكوكب اسم Theia.) فكرة الاصطدام الصخري الكبير كانت منطقية. بعد كل شيء ، كان النظام الشمسي المبكر مثل لعبة البلياردو الكونية. كانت الاصطدامات العملاقة في الصخور الفضائية شائعة.
لكن دراسة عام 2001 للصخور التي تم جمعها خلال بعثات أبولو التابعة لوكالة ناسا إلى القمر ألقت بظلال من الشك على فرضية التأثير العملاق. أظهرت الأبحاث أن الأرض والقمر متشابهان بشكل مدهش. لمعرفة أصل الصخور ، يقيس العلماء الوفرة النسبية لأشكال مختلفة من الأكسجين. تسمى النظائر (EYE-so-toaps) ، وهي أشكال لعنصر بكتل مختلفة. (سبب الاختلاف:على الرغم من أن لكل منها نفس عدد البروتونات في نواتها ، إلا أنها تحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات.)
القصة تستمر أسفل الرسم البياني.
يمكن للعلماء استخدام كميات من النظائر المختلفة كشيء مثل بصمات الأصابع في مسرح الجريمة. وجد العلماء أن الصخور من الأرض وقمرها تحتوي على ما يبدو على مزيج متطابق من نظائر الأكسجين. لم يكن ذلك منطقيًا إذا كانت مادة القمر مصدرها ثيا ، وليس الأرض. صممت روفو وزملاؤها التأثير على الكمبيوتر. من ذلك ، حسبوا فرصة اصطدام ثيا الذي أسفر عن قمر يشبه الأرض. وكان نحيفًا جدًا.
الشرح:ما هو نموذج الكمبيوتر
أجريت دراسات على عناصر أخرى في صخور القمر ، مثل التيتانيوم والزركونيوم. يقترحون أيضًا أن الأرض والقمر نشأوا من نفس المادة. كرر يونغ في جامعة كاليفورنيا وزملاؤه مؤخرًا قياسات نظائر الأكسجين. استخدموا أحدث التقنيات. كانوا يبحثون حتى عن أدنى فرق بين الأرض والقمر.
في يناير 2016 ، نشر الفريق نتائجه في Science . يقول يونج:"قمنا بقياس الأكسجين بأعلى دقة متاحة". "يا إلهي ، الأرض والقمر لا يزالان متطابقين."
حان الوقت للتفكير خارج صندوق Theia-smashup ، كما يجادل بعض العلماء الآن. من المحتمل أن يكون القمر ليس مؤثرًا واحدًا بل العديد من التأثيرات. اقترحت روفو وزملاؤها هذا في Nature Geoscience في فبراير . يقولون إن القمر له تركيبة شبيهة بالأرض لأن معظم المواد التي اندفعت إلى المدار أثناء كل تلك التأثيرات جاءت من الأرض.
اندماج القمر الصغير
طرح العلماء فكرة التأثيرات المتعددة لأول مرة في عام 1989. لكن في ذلك الوقت ، لم تكن لديهم قوة الكمبيوتر لتشغيل عمليات المحاكاة لاختبارها. أصبحت نماذج الكمبيوتر أخيرًا على مستوى المهمة. عمل فريق Rufu مؤخرًا على أحد هذه النماذج للتحقيق في فكرة الاصطدام المتعدد في تاريخ الأرض المبكر. كان لكل جسم وارد ما يقرب من جزء من مائة إلى عشر كتلة الأرض.
كان من الممكن أن تنقل أي ضربات مباشرة الكثير من الطاقة إلى كوكبنا. هؤلاء كانوا سيحفرون المواد الترابية ويقذفونها إلى الفضاء. تظهر النمذجة أن الحطام الناتج عن كل تأثير قد يتجمع على مر القرون ليشكل قمرًا صغيرًا. نظرًا لأن المزيد من التأثيرات هزت الأرض على مدى عشرات الملايين من السنين ، فقد تكون المزيد من الأقمار الصغيرة. في النهاية ، كانت الجاذبية ستجمعهم معًا. على مدار ما يقرب من 100 مليون سنة ، وفقًا لهذا السيناريو ، يمكن دمج ما يقرب من 20 قمراً مصغراً لتشكيل قمر واحد عظيم.
في دراسة النمذجة الحاسوبية ، ينتج عن تفسير متعدد الأقمار المزيج القمري الصحيح في حوالي واحد من كل خمسة اختبارات. لاحظ الباحثون أن هذا أفضل من احتمال 1 أو 2 من مائة لفرضية التأثير العملاق. يقول Rufu:"أهم شيء هو أنه لا يمكنك شرح كل شيء من خلال لقطة واحدة".
ترى عالمة الكواكب روبن كانوب أن منطقها مقنع. تعمل كانوب في معهد ساوث ويست للأبحاث في بولدر ، كولورادو. "بالنسبة لي ، يبدو أن هذا منافس حقيقي جنبًا إلى جنب مع فرضية التأثير الكبير" ، كما تقول.
القصة تستمر أسفل الصورة.
لا تستبعد ثيا
لكن فرضية ثيا أبعد ما تكون عن الموت. قد تكون احتمالات تشابه ثيا لتكوين الأرض بما يكفي لإنتاج قمر يشبه الأرض أعلى بكثير مما كان يعتقد في الأصل. هذا هو استنتاج بعض التحليلات الكيميائية الجديدة. جاءت معظم المواد التي تتكون منها الأرض من نفس مصدر نوع معين من النيزك. وتسمى هذه كوندريتات إنستاتيت (En-STAT-tyte KON-drytes).
مثل الأكسجين ، يعمل المزيج النظيري للعناصر الأخرى في صخور الأرض كبصمة لمصدرها. بعض العناصر من عشاق الحديد ، مثل الروثينيوم (Ru-THEE-nee-um). في الصخور شبه الصلبة تحت سطح الأرض ، تغرق هذه العناصر بسرعة نحو لب الأرض الغني بالحديد. من المحتمل أن يكون أي روثينيوم موجود بالقرب من سطح الأرض ، في وشاحه ، قد وصل متأخرًا في تطور الأرض. العناصر التي ليست محبة للحديد ، مثل الكالسيوم والتيتانيوم ، لن تغوص في القلب. سيبقون في العباءة. ستسجل نظائرهم بعد ذلك ما دخل في تجميع الأرض على مدى فترة زمنية أطول بكثير.
نيكولا دوفاس عالم كواكب بجامعة شيكاغو في إلينوي. لقد نظر إلى العناصر التي تحب الحديد وتلك التي لا تحبها كثيرًا. ثم أنشأ مخططًا زمنيًا لأنواع الصخور الفضائية التي يجب إضافتها إلى كتلة الأرض ومتى يتم إنشاء هذا المزيج.
خلص دوفاس إلى أن مزيجًا من الصخور المختلفة زودت أول 60 في المائة من كتلة الأرض. وقد تضمنت بعض النيازك التي تشبه نيازك الكوندريت. جاء باقي المزيج بشكل حصري تقريبًا من المواد التي أدت إلى تلك النيازك. في النهاية ، يقدر داوفاس ، أن حوالي ثلاثة أرباع كتلة الأرض أتت من نفس مادة كوندريتات إنستاتيت. نشر تحليلاته في 26 كانون الثاني (يناير) في Nature .
يقول إنه إذا تشكلت ثيا على نفس المسافة تقريبًا من الشمس مثل الأرض ، فستحتوي في الغالب على نفس المادة. لذلك إذا تشكل القمر بشكل كبير من اصطدام ثيا بالأرض ، فمن المنطقي أن صخور القمر اليوم سيكون لها وصفة مشابهة للأرض.
يقول مارك جافوي:"تم حل معظم المشكلة ، في رأيي". إنه عالم في الكيمياء الكونية في معهد فيزياء الأرض في باريس في فرنسا. كل ما عليك فعله ، كما يقول ، هو "الاعتراف بأن مادة المصادم العظيم لم تكن مختلفة عن تلك الموجودة في الأرض [المبكرة]. إنها أبسط فرضية ". وهذا يعني أيضًا أن المادة التي التهمتها الكواكب الناشئة في النظام الشمسي الداخلي كانت متجانسة إلى حد ما في مكوناتها الكيميائية.
يقول ريتشارد كارلسون إن الفكرة القائلة بأن الأرض مصنوعة من نفس المادة الموجودة في الكوندريتات غير المألوفة "لا تجعل الكثير من الناس سعداء". إنه عالم جيوكيميائي في معهد كارنيجي للعلوم في واشنطن العاصمة. قد تتطابق النظائر الموجودة في وشاح الأرض مع النيازك. ومع ذلك ، فإن الوفرة النسبية لتلك العناصر لا. أشار كارلسون إلى هذا في تعليق نُشر في 26 يناير نيتشر . هناك حاجة إلى خطوة إضافية في العملية لشرح عدم التطابق في كمية تلك المكونات الشائعة ، كما يقول.
تقول سارة ستيوارت:"ما لدينا الآن هو الكثير من الأفكار الجديدة". "الآن نحن بحاجة إلى اختبارها." ستيوارت عالم كواكب بجامعة كاليفورنيا ، ديفيس.
أحد الاختبارات المقترحة مؤخرًا سيعتمد على درجة الحرارة. قارنت دراسة جديدة بين كيمياء القمر والزجاج الناتج عن انفجار نووي. تشير بياناته إلى أن درجات الحرارة أثناء أو بعد ولادة القمر مباشرة وصلت إلى 1400 درجة مئوية (حوالي 2600 درجة فهرنهايت). هذا يعني أن أي سيناريو معقول لتكوين القمر يجب أن يتضمن درجات حرارة عالية. أبلغ الباحثون عن هذا في 8 فبراير في Science Advances .
تتسبب الحرارة العالية في تسرب الصخور لنظائر الزنك. أدت الحرارة الشديدة لتجربة ترينيتي النووية عام 1945 في نيو مكسيكو إلى تشكيل زجاج ذي لون أخضر. يقول جيمس داي إن هذا الزجاج يفتقر إلى نظائر الزنك هذه. وهو مؤلف مشارك في الدراسة وعالم جيولوجي في معهد سكريبس لعلوم المحيطات في لا جولا بكاليفورنيا ، وينطبق الشيء نفسه على الصخور القمرية. ويقول إن درجات الحرارة المرتفعة هذه أثناء تكوين القمر أو بعده مباشرة تتناسب مع فرضية التأثير العملاق.
لكن انتظر:تحسب روفو أن فرضيتها متعددة الاصطدامات تنتج أيضًا درجات حرارة عالية بدرجة كافية. لذلك ربما لا تستطيع درجة الحرارة أن تحسم الجدل.
يقول روفو إن فحص تكوين الأجزاء الداخلية العميقة لكل من الأرض والقمر يمكن أن يثبت صحة تفسير القمر الصغير. بعد كل شيء ، كما تجادل ، بدون اصطدام عملاق واحد ، ربما لم تختلط التصميمات الداخلية للعالمين بشكل جيد بما فيه الكفاية.
يقول Dauphas أن قياس تكوينات الكواكب الأخرى يمكن أن يدعم اقتراحه بأن ثيا كان من الممكن أن يكون مشابهًا في تكوينه للأرض. كان من الممكن أيضًا أن يكون عطارد والزهرة قد تشكلان إلى حد كبير من نفس النوع من المواد مثل الأرض. لذلك من المحتمل أن يكون لديهم أيضًا تركيبات شبيهة بالأرض ، كما يقول.
قد تؤكد الدراسات المستقبلية للكواكب الأخرى في النظام الشمسي هذه التنبؤات أو تستبعدها. لكن هذا سيتطلب فصلًا جديدًا في استكشاف الفضاء.
