Νέα ανατρεπτική μελέτη: Το φεγγάρι ίσως σχηματίστηκε μέσα σε λίγες ώρες έπειτα από μια κολοσσιαία σύγκρουση

Το αιώνιο μυστήριο του νυχτερινού μας ουρανού:

• Πώς γεννήθηκε η Σελήνη;
• Πώς βρέθηκε εκεί;

Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι χρειάστηκαν χιλιάδες χρόνια για να πάρει η Σελήνη τη μορφή που ξέρουμε.

Μια νέα, ανατρεπτική μελέτη όμως έρχεται να αλλάξει τα πάντα, αποδεικνύοντας ότι το σύμπαν μπορεί να δημιουργήσει θαύματα σε χρόνο ρεκόρ.

Southwest Research Institute

Η Γη διαθέτει ένα ασυνήθιστα μεγάλο φεγγάρι για μέγεθός της και της θέσης της στο ηλιακό σύστημα, ωστόσο οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην κατανοούν πλήρως πώς δημιουργήθηκε αυτός ο συνοδός.

Τώρα, ερευνητές από το Southwest Research Institute και το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα χρησιμοποίησαν προηγμένες προσομοιώσεις σε υπολογιστή για να αποκαλύψουν σημαντικές διαφορές σχετικά με το τι μπορεί να συνέβη όταν ένα αντικείμενο με το μέγεθος του Άρη προσέκρουσε στη Γη, πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Τα ευρήματα, τα οποία δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό The Astrophysical Journal Letters, λαμβάνουν υπόψη για πρώτη φορά την υλική αντοχή των δύο κόσμων που συγκρούστηκαν. Αυτή η προσθήκη θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες αναπαριστούν τη σύγκρουση που δημιούργησε τη Σελήνη και ίσως βοηθήσει τελικά στον ακριβέστερο προσδιορισμό του πότε συνέβη η πρόσκρουση.

«Ανακαλύψαμε ότι η προϋπάρχουσα γεωλογία της πρωτο-Σελήνης με μέγεθος Άρη παίζει ρόλο», δήλωσε η Adeene Denton, πρώην μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Lunar and Planetary Laboratory, η οποία τώρα βρίσκεται στο SwRI.

«Όταν προσομοιώνεις τη Γη και τη Σελήνη ως συγκρουόμενα σώματα με γεωλογικές ιδιότητες, αλλάζει ο τρόπος με τον οποίο σχηματίζεται η Σελήνη από αυτή την πρόσκρουση – κάτι που προηγουμένως θεωρούσαμε περιττό».

Η θεωρία της «Μεγάλης Σύγκρουσης» υπό αμφισβήτηση

Ένα από τα θεμέλια της υπόθεσης της γιγαντιαίας σύγκρουσης προήλθε από μια μελέτη του 2001 από τη Robin Canup, αντιπρόεδρο του Τομέα Επιστήμης και Εξερεύνησης του Ηλιακού Συστήματος του SwRI στο Μπόλντερ του Κολοράντο, και τον Erik Asphaug, καθηγητή στο Lunar and Planetary Laboratory και συγγραφέα της νέας έρευνας.

Σύμφωνα με το σενάριο της γιγαντιαίας σύγκρουσης, ένα σώμα με το μέγεθος του Άρη, γνωστό ως Θεία, προσέκρουσε στη νεαρή Γη.

Η πρόσκρουση κατέστρεψε τη Θεία και διασκόρπισε το υλικό της σε έναν δίσκο γύρω από τη Γη, όπου αυτά τα συντρίμμια τελικά ενώθηκαν για να σχηματίσουν τη Σελήνη.

Εκείνες οι πρώτες προσομοιώσεις, μαζί με πολλά μεταγενέστερα μοντέλα, δεν περιλάμβαναν την αντοχή των υλικών στο εσωτερικό των συγκρουόμενων σωμάτων.
Οι επιστήμονες είχαν υποθέσει ότι αυτή η ιδιότητα θα είχε ελάχιστη επίδραση κατά τη διάρκεια μιας πρόσκρουσης τόσο ισχυρής, ώστε να λιώσει και να εξαερώσει τεράστιες ποσότητες πετρωμάτων.

Η Denton και οι συνεργάτες της έλεγξαν αυτή την υπόθεση χρησιμοποιώντας νεότερες υπολογιστικές τεχνικές, οι οποίες περιλαμβάνουν τη γεωλογική αντοχή που εξαρτάται από τη θερμοκρασία.
«Επειδή η σύγκρουση θεωρούνταν αρκετά βίαιη ώστε να λιώσει και να εξαερώσει μεγάλα τμήματα της Γης και της Θείας, εκείνες οι προηγούμενες μελέτες υπέθεσαν ότι ήταν αποδεκτό να τα προσεγγίσουν ως ρευστά», δήλωσε ο Asphaug.

«Με βάση τα νέα μας αποτελέσματα, ωστόσο, πιστεύουμε ότι είναι καιρός να το επανεξετάσουμε αυτό».

Εισάγοντας τον ρεαλισμό των πετρωμάτων στην κοσμική σύγκρουση

Για να επανεξετάσει τη σύγκρουση, η Denton χρησιμοποίησε μια πιο προηγμένη μορφή προσομοιώσεων υδροδυναμικής εξομαλυνμένων σωματιδίων (SPH), η οποία λαμβάνει υπόψη τη δομική αντοχή των εμπλεκόμενων αντικειμένων.

«Αποδεικνύεται ότι η υλική αντοχή είναι πραγματικά σημαντική όταν μελετάς συγκρούσεις μεταξύ μικρότερων σωμάτων, όπως αστεροειδείς, νάνοι πλανήτες και φεγγάρια», δήλωσε η Denton, η οποία είχε την ιδέα να εφαρμόσει αυτή την έννοια στο φεγγάρι της Γης ενώ εργαζόταν σε μια προηγούμενη μελέτη για τον σχηματισμό του συστήματος Πλούτωνα-Χάροντα.

«Δεν ήμασταν σίγουροι αν θα είχε σημασία για το δικό μας φεγγάρι. Όταν κάναμε τις προσομοιώσεις, ανακαλύψαμε ότι στην πραγματικότητα παίζει πολύ μεγάλο ρόλο».

Η προσέγγιση SPH που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα (U of A) και στο Πανεπιστήμιο της Βέρνης στην Ελβετία.

Το μοντέλο αντοχής της επιτρέπει στα προσομοιωμένα πλανητικά σώματα να αντιστέκονται στην παραμόρφωση με τρόπους που αναμένονται από ρεαλιστικά γεωλογικά υλικά –συμπεριλαμβανομένων των πετρωμάτων και των μετάλλων που θα συνέθεταν τη Θεία και την πρωτο-Γη, ή του στερεού πάγου.

Σε χρόνο ρεκόρ: Πώς η Σελήνη πήρε σχήμα μέσα σε μια μέρα

Η θερμοκρασία αποδείχθηκε ιδιαίτερα σημαντική.

Τα θερμότερα πλανητικά σώματα είναι πιο αδύναμα από τα ψυχρότερα, και οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η θερμοκρασία της Γης και της Θείας θα μπορούσε να αλλάξει δραματικά το αποτέλεσμα της σύγκρουσής τους.

Σε ορισμένα σενάρια, η Θεία καταστρέφεται και το υλικό της σχηματίζει έναν πρωτο-σεληνιακό δίσκο γύρω από τη Γη. Στη συνέχεια, το φεγγάρι σχηματίζεται σταδιακά από αυτά τα συντρίμμια.

Υπό άλλες συνθήκες, ωστόσο, οι προσομοιώσεις παράγουν μια πλήρως σχηματισμένη Σελήνη, μόλις λίγες ώρες μετά την πρόσκρουση.

Επειδή οι πρωτοπλανήτες ξεκινούν με υψηλές θερμοκρασίες και ψύχονται καθώς γερνούν, αυτή η σχέση δημιουργεί μια πιθανή σύνδεση ανάμεσα στο πότε συνέβη η γιγαντιαία σύγκρουση και στο πώς σχηματίστηκε αρχικά η Σελήνη.

«Ανάλογα με το πόσο θερμές είναι η Γη και η Θεία πριν από τη σύγκρουση, η πρόσκρουση μπορεί να καταστρέψει τη Θεία και να δημιουργήσει αυτόν τον τεράστιο δίσκο συντριμμιών που τελικά σχηματίζει τη Σελήνη», δήλωσε η Denton.

«Όταν όμως χρησιμοποιήσαμε τις ίδιες παραμέτρους με τα αρχικά μοντέλα πρόσκρουσης –μέχρι και τις ίδιες δομές θερμοκρασίας στο εσωτερικό και των δύο σωμάτων– μέσα σε περίπου πέντε ώρες, ξεπήδησε μια πλήρως σχηματισμένη Σελήνη».

Προηγούμενες προσομοιώσεις είχαν επίσης παράγει ολοκληρωμένα φεγγάρια, αλλά η νέα μελέτη είναι η πρώτη που αποδεικνύει ότι η θερμοκρασία και η υλική αντοχή μπορούν να αποβούν καθοριστικές για το αν η Σελήνη θα προκύψει σχεδόν ανέπαφη ή αν θα σχηματιστεί αργότερα από το υλικό ενός πρωτο-σεληνιακού δίσκου.

«Τα εκπληκτικά και συναρπαστικά νέα αποτελέσματα υποδηλώνουν μια πιθανή σύνδεση μεταξύ των φυσικών ιδιοτήτων της Σελήνης σήμερα, συμπεριλαμβανομένης ίσως της περιεκτικότητάς της σε πτητικά στοιχεία, και της θερμικής κατάστασης της Γης και της Θείας κατά τη στιγμή της γιγαντιαίας σύγκρουσης», δήλωσε η Canup, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη.

«Αυτό, με τη σειρά του, θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να προσδιορίσουν καλύτερα πότε συνέβη το γεγονός που δημιούργησε τη Σελήνη».

Η θεωρία άλλαξε, το αίνιγμα παραμένει

Οι νέες προσομοιώσεις δεν λύνουν κάθε γρίφο γύρω από την προέλευση της Σελήνης.

Ένα μακροχρόνιο πρόβλημα παραμένει η αξιοσημείωτη ομοιότητα μεταξύ των υλικών που συνθέτουν τη Γη και τη Σελήνη.

Όπως και με τα προηγούμενα μοντέλα, η εξήγηση του γιατί τα δύο σώματα μοιάζουν τόσο πολύ στη σύστασή τους παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα.

«Επειδή η Γη και ο Άρης σχηματίστηκαν στην ίδια γειτονιά του ηλιακού συστήματος, είναι σαν αδέλφια», δήλωσε η Denton. «Η Σελήνη και η Γη μοιάζουν περισσότερο με διζυγωτικά (ετεροθαλή) δίδυμα».

Μια πιθανότητα είναι ότι η Θεία και η πρωτο-Γη προήλθαν από την ίδια περιοχή του ηλιακού συστήματος και, ως εκ τούτου, σχηματίστηκαν από παρόμοιο υλικό.

Ο Άρης, ο οποίος έχει μια σύσταση σαφώς διαφορετική τόσο από τη Γη όσο και από τη Σελήνη, ίσως αναπτύχθηκε πιο μακριά.

«Γνωρίζουμε πλέον ότι η γεωφυσική κατάσταση της Γης και της Θείας παίζει θεμελιώδη ρόλο στη διαμόρφωση του αποτελέσματος της σύγκρουσης», δήλωσε συγγραφέας της μελέτης, η Namya Baijal, διδακτορική φοιτήτρια στην ομάδα του Asphaug.

«Αυτό μας δίνει έναν νέο τρόπο να εξερευνήσουμε τις συνθήκες της πρόσκρουσης και το τι μπορεί να αποκαλύπτουν αυτές για την προέλευση της Σελήνης».

ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ Πόσες φορές την ημέρα «αερίζεται» ο μέσος άνθρωπος; Έξυπνο εσώρουχο έδωσε την απάντηση!