بیگ بنگ: تحقیقات جدید نشان می‌دهد که قدمت ماه کمتر از محاسبات پیشین است. وقتی یک پیش‌سیاره به اندازه مریخ در برخورد با زمینِ جوان از بین رفت، موادی که در اثر این برخورد به بیرون پرتاب شد، زمینه را برای شکل‌گیری جرم تازه‌ای که «ماه» نام دارد، فراهم کرد.

به گزارش بیگ بنگ، ژئوفیزیکدان‌ها و اخترشناسان در مرکز هوافضای آلمان(DLR) با همکاریِ محققانی از دانشگاه مونستر از یک مدل عددی جدید برای بازسازی این رویداد استفاده کردند؛ که پیش‌بینی می‌شود 4.425 میلیارد سال پیش به وقوع پیوسته باشد. فرضیه‌های قبلی درباره شکل‌گیری ماه از قدمتی بالغ بر 4.51 میلیارد سال حکایت داشت؛ یعنی 85 میلیون سال جوان‌تر از محاسبات جدید. دانشمندان نتایج تحقیقات خود را در مجله «پیشرفت‌های علمی» منتشر کرده‌اند.

چهار و نیم میلیارد سال پیش، منظومه شمسی کماکان دستخوش اتفاقات گوناگون بود و آثاری از آرامش در آن دیده نمی‌شد. زمین کماکان در حال بزرگ شدن بود و مواد مختلفی را به سمت خود جذب می‌کرد. موادی که در دیسک گاز و گردوغبار پیرامون خورشیدِ جوان وجود داشت، نقش مهمی در این مواد ایفا کرد. دمای زمین به تدریج افزایش می‌یافت و به مرور، بخش‌های بزرگی از گوشته سنگی ذوب شد و یک اقیانوس ماگمایی پدید آمد. در همین زمان بود که زمین توانست به ماه خود دست یابد؛ قمری که تا به امروز به دور سیاره ما می‌چرخد. برخورد کیهانی عظیم میان زمین و یک پیش‌سیاره باعث شد تا سنگ‌هایی از زمین جوان به بیرون پرتاب شود.

در نهایت، این مواد اضافی گرد هم آمدند تا جرم تازه‌ای موسوم به «ماه» به وجود آید. در اصل، اکثر دانشمندان دربارۀ چگونگی شکل‌گیری ماه توافق نظر دارند، اما جزئیات این فرایند کماکان محل بحث است؛ بالاخص، زمان این رویداد هنوز در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. “ماکسیم موریس”، در این خصوص گفت: «نتایج جدیدترین مدل‌سازی ما نشان می‌دهد که زمینِ جوان حدود 140 میلیون سال پس از تولد منظومه شمسی که 4.567 میلیارد سال پیش اتفاق افتاد، توسط یک پیش‌سیاره مورد اصابت قرار گرفت. بر اساس محاسباتی که انجام دادیم، این اتفاق 4.425 میلیارد سال قبل به وقوع پیوست و ماه سرانجام متولد شد.»

در آن زمان، زمین بتازگی در قامت یک سیاره ظاهر شده بود. در طی این فرایند توسعه، اجزای فلزی سنگین به بخش مرکزی وارد شده و هسته‌ای از آهن و نیکل به وجود آوردند؛ این هسته را گوشته‌ای ضخیم از جنس سنگ‌های سیلیکات احاطه کرده بود. این سنگ‌های گوشته به دلیل فرایند انباشت مواد و فروپاشی عناصر رادیواکتیو با افزایش دمای قابل توجهی همراه شدند. همین عامل باعث شد تا فلزات و کانی‌های سیلیکات در طی صدها میلیون سال در بخش درونی زمین از همدیگر جدا شوند.

در این مرحله، پیش‌سیاره‌ای تحت عنوان تـئا(Theia) به زمین برخورد کرد؛ اندازۀ آن با مریخ برابری می‌کند. تئا یکی از تایتان‌ها در اساطیر یونان بود. در نخستین دوران شکل‌گیری منظومه شمسی، احتمالاً تعداد این گونه اجرام سماوی کم نبوده است. برخی از این اجرام از منظومه شمسی به بیرون رانده شدند، برخی دیگر هم در اثر برخورد با اجرام دیگر از بین رفتند. اما تئا به زمین برخورد کرد و باعث شد حجم عظیمی از مواد مختلف از گوشته این سیاره به بیرون پرتاب گردد. در نهایت، زمینه برای شکل‌گیری ماه فراهم آورده شد. در طی این فرایند خشونت‌بار و پرتلاطم، یک اقیانوس ماگما به عمق چند هزار کیلومتر به وجود آمد. امروزه، هیچ اثری از تئا بعد از آن برخورد یافت نمی‌شود.

بازسازیِ نحوه ایجاد شدنِ ماه به واسطه این رویداد مستلزم این است که قوه تصور و خلاقیت بسیار بالایی داشته باشیم. برخورد دو جرم سماوی با انرژی بسیار زیادی که این اتفاق به همراه دارد، باعث تبخیرِ حجم عظیمی از سنگ‌ها در گوشته ابتدایی زمین شد. لذا مواد در حلقه‌ای از گردوغبار در پیرامون زمین جمع شدند. دوریس برویه، مدیر دپارتمان اخترشناسی در موسسه تحقیقات سیاره‌ای DLR و یکی از نویسندگان مقاله حاضر گفت: «با توجه به این مورد، انتظار می‌رود ماه در مدت زمان کوتاهی ایجاد شده باشد؛ یعنی احتمالاً در عرض چند هزار سال.»

دانشمندان تا حد زیادی دربارۀ تاریخچه شکل‌گیری ماه توافق نظر دارند. با این حال، آنها قادر نبوده‌اند سنّ دقیق آن را تشخیص دهند. همچنین، هیچ کدام از سنگ‌های آورده شده از ماه به زمین توسط اخترشناسان (در طی عملیات‌های آپولو و عملیات رباتیک لونای شوروی) به دانشمندان کمک نکرده تا سن دقیق این جرم را تعیین کنند. محققان DLR و دانشگاه مونستر با استفاده از روشی جدید و غیرمستقیم موفق شده‌اند سن ماه را تعیین کنند: سابرینا شوینگر، یکی دیگر از نویسندگان مقاله چنین گفته است: «محاسبات ما نشان می‌دهد که این اتفاق به احتمال زیاد در دوره پایانیِ شکل‌گیری زمین به وقوع پیوست.»

این فقط زمین نبود که در دوره جوانی خود از اقیانوس ماگمایی بهره می‌بُرد. انرژی حاصل از انباشت مواد گوناگون زمینه را برای ایجاد یک اقیانوس ماگمایی در ماه مهیا ساخت. ماه تقریباً به طور کامل ذوب شد و مثل زمین، توسط اقیانوسی از ماگما به عمق 1000 کیلومتر پوشش داده شد. این اقیانوس ماگمایی خیلی زود به حالت سخت و جامد در آمد و پوسته‌ای از بلورهای سبک و شناور در بخش سطح پدید آورد؛ اما در زیر این پوسته عایق، که از کاهش دما و سخت‌شدگی بیشترِ اقیانوس ماگما جلوگیری کرد، ماه برای مدتی طولانی با حالت منجمد به کارش ادامه داد. دانشمندان تا به امروز موفق نشده‌اند ببینند که بلوری شدنِ کامل اقیانوس ماگما چند سال به طول کشید؛ به همین خاطر است که نمی‌توانند درباره زمان شکل‌گیری ماه با قاطعیت اظهار نظر نمایند.

دانشمندان برای محاسبه قدمت اقیانوس ماگمای ماه از یک مدل کامپیوتری جدید استفاده کردند که برای نخستین‌بار، فرایندهای دخیل در سخت شدنِ ماگما در آن مدل مد نظر قرار گرفت. “ماکسیم موریس” در ادامه افزود: «نتایج مدل ما نشان می‌دهد که اقیانوس ماگمای ماه قدمت زیاد داشته و حدود 200 میلیون سال طول کشیده تا در سنگ‌ گوشته به حالت جامد درآید. بازه زمانی این فرایند بسیار طولانی‌تر از مقادیر محاسبه شده در مقاله‌های پیشین است.»

دانشمندان برای تعیین سنّ ماه مجبور بودند یک گام رو به جلو بردارند. آنها این مورد را محاسبه کردند که ترکیب مواد منیزیم و مواد معدنی سیلیکات غنی از آهن که در طی سخت شدنِ اقیانوس ماگما به وجود آمدند، چگونه با گذشت زمان تغییر پیدا کرد. دانشمندان تغییر قابل ملاحظه‌ای را در ترکیب اقیانوس ماگما پیدا مشاهده کردند. این یافته حائز اهمیت فراوانی است زیرا این فرصت را به دانشمندان داده تا شکل‌گیری انواع مختلف سنگ در ماه را به مرحله مشخصی در تکامل اقیانوس ماگمای آن ارتباط دهند.

“سابرینا شوینگر” بیان کرد: «با مقایسه ترکیبات اندازه‌گیری شدۀ سنگ‌های ماه با ترکیبات پیش‌بینی شدۀ اقیانوس ماگما برحسب مدل رایانه‌ای، توانستیم تکامل این اقیانوس را تا نقطه شروع آن ردیابی کنیم؛ یعنی زمانی که ماه به وجود آمد.» نتایج مطالعه حاضر که در نشریۀ Science Advances منتشر شده، گویای آن است که ماه 4.425 ± 0.025 میلیارد سال پیش به وجود آمد. سن دقیق ماه مطابقت بالایی با سن تعیین شده برای شکل‌گیری هسته فلزی زمین دارد.

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: phys.org