زمین و ماه: کشف راز برخوردی که ماه را شکل داد

ماه هیچ‌چیز مشابهی در منظومه شمسی ندارد. پس چطور سیاره ما به چنین ماه ویژه‌ای دست پیدا کرده است؟

ماه عجیب است. کاملاً با هیچ‌چیز دیگری در منظومه شمسی مشابه نیست. پس چطور سیاره ما به چنین ماه خاصی دست پیدا کرده است؟ جواب این است که به طور شگفت‌انگیزی، ماه بخشی از سیاره ماست. ماه ویژگی‌های زیادی دارد. ابتدا، این که ماه وجود دارد خود یک مسئله عجیب است. سیاره عطارد هیچ ماهی ندارد، و همچنین ناهید. مریخ دو ماه دارد، اما آن‌ها در واقع فقط سیارک‌های به دام افتاده هستند. زمین تنها سیاره سنگی در منظومه شمسی است که ماهی قابل توجه دارد. و ماه واقعاً قابل توجه است: جرم آن تقریباً ۱.۲ درصد جرم زمین است. شاید این عدد از نظر مطلق بزرگ نباشد، اما برای منظومه شمسی، بسیار بزرگ است. هیچ ماهی دیگر نسبت به سیاره مادر خود این‌قدر بزرگ نیست.

عجیب‌بودن‌ها فقط به اینجا ختم نمی‌شود. اندازه مجموع اندازه حرکت زاویه‌ای چرخش زمین، چرخش ماه و مدار ماه بسیار زیاد است — بسیار بیشتر از هر سیاره زمینی دیگر. پس چطور ما چنین حرکت زیادی به دست آوردیم؟

علاوه بر این، ماه پر از “KREEP” است – یعنی پتاسیم (K)، عناصر نادر خاکی (REE) و فسفر (P). این عناصر معمولاً با هم ترکیب نمی‌شوند، اما نمونه‌های ماه نشان می‌دهند که اغلب با هم ترکیب شده‌اند. این به این معنی است که ماه در نقطه‌ای از زمان باید ذوب شده بوده باشد، که نیازمند مقدار زیادی انرژی است. و واقعاً جذاب‌ترین نکته این است که ماه بسیاری از ایزوتوپ‌های پایدار مشابه زمین را دارد، که نشان می‌دهد زمین و ماه از یک توده مواد مشابه تکامل یافته‌اند. توضیح پیشرو برای این معماها به نام فرضیه برخورد غول‌پیکر شناخته می‌شود. طبق این داستان، زمانی که منظومه شمسی تازه در حال شکل‌گیری بود، یک سیاره پیش‌سیاره‌ای به اندازه مریخ به نام تِیا به پروتو-زمین برخورد کرد.

با سرعت برخوردی حدود ۲۰۰۰۰ مایل در ساعت (۳۲۰۰۰ کیلومتر در ساعت) — که نسبتاً کم است — آنچه بعد از آن اتفاق افتاد چیزی کمتر از فاجعه نبود. هسته سنگین تِیا به عمق زمین فرو رفت و هسته سیاره ما را بزرگ‌تر کرد. پوشش‌های دو جسم با هم مخلوط شدند و در نتیجه سیاره ما حجیم‌تر شد. و پوسته‌ها به فاصله زیادی از زمین پرتاب شدند. آنچه بعد از این اتفاق افتاد کمی پیچیده است و به طور زیادی بستگی به نحوه دقیق برخورد و ترکیب تِیا دارد. اما تصویر کلی این است که برخی از مواد پرتاب شده و دیگر هیچ‌وقت به زمین بازنگشتند. مواد دیگری بر سطح زمین باریدند. و یک تکه بزرگ در مدار باقی ماند. در عرض چند ساعت — یا شاید تا یک قرن یا بیشتر — آن ماده به یک جسم جامد تبدیل شد: ماه.

برخی مدل‌ها پیشنهاد می‌کنند که یک ماه دوم، به اندازه چند صد کیلومتر، از سمت دور ماه به آن نزدیک شد و به شکل یک صفحه مسطح درآمد. این می‌تواند توضیح دهد که چرا سمت دور ماه از سمت نزدیک آن برجسته‌تر است. همچنین این احتمال وجود دارد که این برخورد اصلاً برخوردی کم‌انرژی و جزئی نبوده باشد — بلکه پروتو-زمین با سرعت بسیار زیاد می‌چرخید و سپس به شدت توسط تِیا برخورد کرد. این برخورد انرژی بیشتری می‌توانست ایجاد کند و همه چیز را بخار کند و حلقه‌ای از پلاسما به شکل یک سینستیا (حلقه دایره‌ای) به وجود آورد.

به هر حال، این برخورد مقدار زیادی انرژی آزاد کرد — بیشتر از حد کافی برای ذوب کردن ماه، بیشتر از حد کافی برای به هم پیوستن عناصر KREEP، و بیشتر از حد کافی برای مخلوط کردن مواد اصلی زمین و تِیا برای ایجاد ویژگی‌های مشترک بین پوسته زمین و ماه. مثل تمام فرضیات، این هم کامل نیست. برای مثال، اگر انرژی کافی برای ذوب کردن ماه وجود داشته باشد، انرژی کافی برای ذوب کردن سطح زمین هم وجود خواهد داشت. اما هیچ مدرکی مبنی بر دریاچه‌های ماگمایی بزرگ در تاریخ زمین وجود ندارد. همچنین، ماه برخی از عناصر فرار، مانند آب، را در سنگ‌های خود به دام انداخته است — اما یک رویداد برخورد غول‌پیکر و پرانرژی باید آن‌ها را از بین می‌برد. با وجود این نکات، فرضیه برخورد غول‌پیکر معتبرترین داستانی است که برای نحوه تشکیل ماه داریم. و بدون یک ماشین زمان برای سفر به گذشته دور، هرگز نمی‌توانیم آن را اثبات کنیم. اما این داستان تقریباً با تمام شواهدی که تاکنون داریم مطابقت دارد، بنابراین هنوز هم داستانی است که باید حفظ کنیم.