حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش جرمی به اندازهی سیارهی مریخ –که تیا نامیده میشود– با زمینِ اولیه برخورد کرد. این برخورد سهمگین دو جرم آسمانی را به تودهای از مواد مذاب تبدیل کرد؛ موادی که بعدها بهتدریج سرد شدند و در نهایت زمین و ماه امروزی را شکل دادند. با گذشت زمان، ماه از زمین فاصله گرفت تا به مدار کنونیاش برسد؛ مداری که در آن همواره یک سمت ماه رو به زمین است و این قفل جزرومدی تا امروز ادامه دارد. دهههاست که دانشمندان در این اندیشهاند که تیا از کجا آمده بود: آیا در بخش درونی منظومهی شمسی شکل گرفته بود یا در ناحیههای بیرونی آن؟
پژوهش جدیدی که در مؤسسهی ماکس پلانک برای پژوهشهای منظومهی شمسی انجام شده، پاسخی تازه و قابلتوجه ارائه میدهد. بر اساس این تحقیق، زمین و تیا در معنایی کیهانی «همسایه» بودهاند. نتایج این پژوهش –که بهتازگی منتشر شده– نشان میدهد تیا به احتمال زیاد در بخش درونی منظومهی شمسی شکل گرفته بود. پژوهشگران این نتیجه را با بررسی نسبت ایزوتوپهای آهن در سنگهای ماه که توسط فضانوردان آپولو به زمین آورده شد و مقایسهی آنها با نمونههای سنگی زمین به دست آوردند. این مقایسه به آنان اجازه داد ترکیب تیا را تخمین بزنند و مسیر پیدایش آن را در منظومهی شمسی دنبال کنند.
هدایت این پژوهش بر عهدهی تیمو هوپ، زمینشناس و مدیر آزمایشگاه در مؤسسهی ماکس پلانک و دانشگاه شیکاگو بود. او به همراه گروهی از محققان این دو مرکز و نیز پژوهشگرانی از دانشگاه هنگکنگ، دانشگاه کلرمون اوورن در فرانسه، و دانشگاه میشیگان این پروژه را انجام داده است. مقالهی آنان با عنوان «جرم برخوردکنندهی سازندهی ماه، یعنی تیا، از بخش درونی منظومهی شمسی منشأ گرفته است» در تاریخ ۲۰ نوامبر در مجلهی Science منتشر شد.
پس از بازگشت نمونههای سنگی مأموریت آپولو، دانشمندان برای نخستین بار احتمال دادند که زمین و ماه از یک منبع مشترک شکل گرفتهاند. این سنگها نشان دادند که پوستهی ماه شباهت بسیاری به پوستهی زمین دارد و بیشتر از مواد سیلیکاتی و فلزی تشکیل شده است. آزمایشهای لرزهنگاری نیز آشکار کردند که ساختار درونی ماه شباهت زیادی به زمین دارد؛ با پوسته و گوشتهای سیلیکاتی و هستهی فلزی آهن–نیکل. این شواهد از فرضیهی برخورد عظیم پشتیبانی میکردند، اما همچنان پرسشهای مهمی دربارهی اندازهی تیا، ترکیب آن و محل پیدایشش بیپاسخ مانده بود.
با توجه به نابودی تقریبی تیا در اثر برخورد و گذشت میلیاردها سال، پاسخدادن به این پرسشها دشوار است. با اینحال، نشانههایی از تیا هنوز در سنگهای زمین و ماه باقی مانده است و همین نشانهها امکان مطالعهی غیرمستقیم تیا را فراهم میکند. همین رویکرد در مطالعهی جدید به کار گرفته شد: هوپ و همکارانش ایزوتوپهای آهن را در ۱۵ نمونهی سنگ زمینی و ۶ نمونهی سنگ ماه بررسی و آنها را با یکدیگر و با چند شهابسنگ مقایسه کردند. نسبت ایزوتوپها میتواند محل تشکیل یک جرم را مشخص کند، زیرا پژوهشگران معتقدند که ترکیب ایزوتوپی مواد در دوران اولیهی منظومهی شمسی یکنواخت نبوده است.
به بیان سادهتر، میلیاردها سال پیش، هنگامی که سیارهها هنوز در حال شکلگیری بودند، نسبت ایزوتوپهای آهن، سیلیس، کربن و سایر عناصر سازنده در مناطق مختلف منظومهی شمسی یکسان نبود. علاوه بر آهن، تیم پژوهش ایزوتوپهای کروم، مولیبدن و زیرکونیوم را نیز بررسی کرد. نیکولا دوفاس، از نویسندگان مقاله، توضیح میدهد که این عناصر رفتار متفاوتی نسبت به فلز دارند و در مراحل مختلف شکلگیری سیارهها در نسبتهای گوناگون وارد گوشتهی سیارات میشوند؛ همانگونه که طلا بهندرت در پوستهی زمین یافت میشود.
نتایج بررسیهای دقیق تیم نشان داد نسبت ایزوتوپهای آهنِ مستقل از جرم در زمین و ماه با یکدیگر برابر است. این یافتهها، اندازهگیریهای پیشین مربوط به ایزوتوپهای عناصر دیگری مانند کروم، کلسیم، تیتانیوم و زیرکونیوم را نیز تأیید میکند؛ عناصری که در آنها نیز شباهت تقریبی میان زمین و ماه دیده شده بود. با اینحال، شباهت ترکیب زمین و ماه لزوماً اطلاعات مستقیم دربارهی تیا نمیدهد، زیرا سناریوهای متفاوتی دربارهی چگونگی برخورد وجود دارد. برای نمونه، برخی مدلها میگویند تقریباً تمام جرم ماه از مواد تیا تشکیل شده است، در حالیکه برخی دیگر بر این باورند که بخش بزرگی از مواد ماه از گوشتهی زمینِ اولیه منشأ گرفتهاند. همچنین این احتمال وجود دارد که مواد زمین و تیا در جریان برخورد آنقدر با یکدیگر آمیخته باشند که اکنون تفکیکناپذیر باشند.
با وجود این پیچیدگیها، نتایج تیم پژوهش امکان بررسی سناریوهای گوناگون را فراهم کرد. پژوهشگران سناریوهایی را بررسی کردند که در آن ترکیبهای متفاوتی برای زمین اولیه و تیا در نظر گرفته شده و نیز اندازهی تیا در مدلهای مختلف تغییر میکرد. این تحلیلها تصویر روشنتری از ویژگیهای زمین، تیا، و برخورد میان آنها ارائه داد. دادهها نشان میدهد بهترین سناریو این است که هر دو جرم –زمین و تیا– در بخش درونی منظومهی شمسی تشکیل شدهاند. تحلیل شهابسنگها نیز از این نتیجه پشتیبانی میکند، زیرا شهابسنگها بقایای دستنخوردهی دوران شکلگیری منظومهی شمسیاند و ترکیب آنها نشاندهندهی محل پیدایششان است.
بر اساس این تحلیلها، تیا احتمالاً حتی نزدیکتر از زمین به خورشید شکل گرفته است. هوپ میگوید: «قانعکنندهترین سناریو این است که بیشتر مواد سازندهی زمین و تیا از بخش درونی منظومهی شمسی آمده است. به بیان دیگر، زمین و تیا احتمالاً همسایه بودهاند.»
این نتایج سرنخهای جدیدی دربارهی چهرهی منظومهی شمسی در دورانهای بسیار کهن ارائه میدهد. میان برخورد عظیمی که سامانهی زمین–ماه را شکل داد، بمباران شدید شهابسنگی که بعدها رخ داد، و مهاجرت اجرام بیرونی به نواحی نزدیک به خورشید –که برخوردهای بیشتری را رقم زد– میتوان گفت منظومهی شمسی اولیه محیطی پرآشوب و خشونتبار بوده است. اما همین آشوب و برخوردها سرانجام به تولد زمین و تنها قمر آن انجامید؛ سیستمی که بعدها زمینه را برای پیدایش حیات فراهم کرد.
در پایان، این گفتهی پابلو پیکاسو به ذهن میرسد: «هر عمل آفرینش، نخست یک عمل ویرانگری است.»
