ماه از آنچه تصور می شد جوان تر است

با وجود دانستن این موضوع، همیشه تردیدی فزاینده درباره‌ی زمان این برخورد و این‌که شکل‌گیری ماه در پی آن چه میزان طول کشیده، وجود داشته است. طبق مطالعه‌ای که توسط گروهی از پژوهشگران آلمانی انجام شده، ماه از اقیانوسی از ماگما ایجاد شده است که سرد شدن آن ۲۰۰ میلیون سال طول کشیده است. بنابراین شکل‌گیری ماه حدود ۴.۴۲۵ میلیارد سال پیش کامل شده که ۱۰۰ میلیون سال از چیزی که تا پیش از این تصور می‌شد کم‌تر است.

این نتایج در مقاله‌ای با عنوان «اقیانوس طولانی-مدت ماگما روی ماه جوان» به تازگی در ژورنال «Science Advances» به چاپ رسیده است که هدایت آن را ژئوفیزیکدان‌های سیاره‌ای از مرکز هوافضای آلمان (DLR) با همکاری پژوهشگرانی از «دانشگاه برلین» و «مؤسسه‌ی سیاره‌شناسی دانشگاه مانستر» برعهده داشته‌اند.

۴.۵ میلیارد سال پیش، زمانی که زمین هنوز در حال شکل‌گیری بود، منظومه‌ی شمسی جایی بسیار بی‌نظم بود. در این زمان، خرده‌سیاره‌ها که خود از قرص پیش‌ستاره‌ای (توده‌های غبار و گاز که پیرامون ستاره‌ی مادر می‌گردند) تشکیل شده بودند، به جهات گوناگون سرگردان بودند و گاهی با سیاره‌ای برخورد می‌کردند. در مورد زمین، این موضوع باعث افزایش جرم و در نتیجه چگال‌تر شدن و داغ‌تر شدن هسته‌ی آن شد.

در طول زمان، عناصر سنگین‌تر به مرکز زمین کشیده شدند که باعث ایجاد هسته‌ای از آهن و نیکل شده است. به طور هم‌زمان و فزاینده‌ای بخش‌های زیادی از گوشته‌ی زمین ذوب شد و اقیانوسی از ماگما را شکل داد. زمانی که تیا به زمین برخورد کرده، این اقیانوس ماگما، چندین هزار کیلومتر عمق داشته که بیش‌تر آن به فضا پرتاب شده است. سپس به دلیل گرانش، این مواد به تدریج یا دوباره به زمین جذب شدند و یا در مدار با هم ترکیب شده و ماه را تشکیل دادند.

نتایج تازه از شبیه‌سازی‌های دقیق‌تر

اگرچه بیش‌تر دانشمندان امروزه این را یک سناریوی دقیق برای چگونگی شکل‌گیری ماه می‌دانند، اما همان‌طور که بیان شد هنوز اختلاف بسیاری درباره‌ی جزئیات و زمان این رخداد وجود دارد. آن‌طور که «ماکسیم موریس» پژوهشگر مؤسسه‌ی DLR و سرپرست این پژوهش تازه انجام شده می‌گوید:
«نتایج آخرین شبیه‌سازی ما نشان می‌دهد که زمین جوان ۱۴۰ میلیون سال پس از تولد منظومه‌ی شمسی (در ۴.۵۶۷ میلیارد سال پیش) توسط یک خرده‌سیاره مورد اصابت قرار گرفته است. طبق محاسبات ما، این امر ۴.۴۲۵ میلیارد سال پیش (با احتمال خطای ۲۵ میلیون سال) صورت گرفته و ماه متولد شده است.»

یکی از چیزهایی که باعث وجود اختلاف بر سر «فرضیه‌ی برخورد بزرگ» شده است، در واقع همان چیزی است که در وهله‌ی نخست عامل ایجاد آن است: سنگ‌های ماه. جالب است اگر بدانیم هیچ یک از سنگ‌هایی که طی شش مأموریت آپولو و سه مأموریت «ماه‌نشن» شوروی از ماه به زمین آورده شده است، اطلاعات مستقیمی از سن ماه در اختیار بشر قرار نداده است. هرچند مأموریت‌های آینده از جمله «برنامه‌ی فضاپیمای سرنشین‌دار چین» به افزایش اطلاعات از ماه کمک می‌کند اما در حال حاضر دانشمندان ناچارند به راه‌های غیرمستقیم برای تخمین سن ماه تکیه کنند.

پس از برخورد بزرگ و سپس ایجاد جرم اولیه‌ی ماه، انرژی حاصل از جمع شدن ماده، به شکل‌گیری اقیانوسی از ماگما در ماه منجر شده است که همه‌ی سطح آن را پوشانده و در آن زمان بیش از ۱۰۰۰ کیلومتر عمق داشته است. هم‌چنین مانند زمین، این اقیانوس ماگما به سرعت سرد شده تا پوسته را شکل دهد. در نتیجه باعث قرار گرفتن ماگما در زیر پوسته و کاهش سرعت سرد شدن آن شده است.

تا کنون دانشمندان قادر نبودند زمان این سرد و کریستال شدن کامل را محاسبه کنند، در نتیجه تخمین دقیق زمان شکل‌گیری ماه دشوار بود. برای رسیدن به تخمینی دقیق‌تر، موریس و همکارانش مدل کامپیوتری تازه‌ای استفاده کردند که به طور جامع، فرآیندهای که در سرد شدن ماگما دخالت دارند را درنظر گرفته است.

این پژوهش از محاسبه‌ی شیوه‌ی تغییر ترکیب مواد معدنی سیلیکاتی در پوسته‌ی ماه تشکیل شده که شامل مقادیر زیادی منیزیم و آهن است. آن‌ها دریافتند که با پیشرفت فرآیند جامد شدن، تغییر چشمگیری در ترکیب اقیانوس ماگمای باقی‌مانده رخ داده است.

این نتایج به تیم پژوهشی امکان می‌دهد که شکل‌گیری هر نوع از سنگ‌های ماه را به مرحله‌ی خاصی از فرآیند جامد شدن نسبت دهند. آن‌ها از این یافته نتیجه گرفتند که پیش از تشکیل پوسته‌ی کامل، فرآیند جامد شدن ماگماهای سطح ماه تقریبا ۲۰۰ میلیون سال طول کشیده است. این عدد تفاوت زیادی با ۳۵ میلیون سالی دارد که تا پیش از این دانشمندان تصور می‌کردند جامد شدن ماه طول کشیده است.

استفاده از نتایج پژوهش‌های قبلی

آن‌طور که «سابرینا شووینجر»، پژوهشگر DLR و نویسنده‌ی همکار این پژوهش می‌گوید: «با مقایسه‌ی ترکیب اندازه‌گیری شده‌ی سنگ‌های ماه با ترکیب پیش‌بینی شده‌ برای اقیانوس ماگما در شبیه‌سازی، ما موفق شدیم روند تغییر فرم اقیانوس ماگما را تا نقطه‌ی آغاز ردیابی کنیم، یعنی زمانی که ماه شکل گرفته است.»

نکته‌ی حائز اهمیت دیگر این است که نتایج این پژوهش، بر تخمین‌های پیشین استوار است که از روش اورانیوم-سرب (روشی برای تعیین سن مواد زمین‌شناختی بر پایه‌ی آهنگ فروپاشی ایزوتوپ‌های اورانیوم به ایزوپ‌های سرب) پیروی می‌کنند. بر اساس آهنگ فروپاشی اورانیوم به سرب، دانشمندان دریافتند که فرآیند شکل‌گیری هسته‌ی فلزی زمین نیز، تقریبا در زمان یکسانی کامل شده است. بنابراین این مطالعه نخستین پژوهشی است که به طور مستقیم سن ماه را به رخدادی که در پایان شکل‌گیری زمین روی داد پیوند می‌دهد.

لازم به ذکر است که مانند همیشه، چگونگی شکل‌گیری یک جرم در منظومه‌ی شمسی می‌تواند دریچه‌های تازه‌ای درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری دیگر اجرام این سامانه پیش روی بشر قرار دهد. و زمانی که از سامانه‌ی زمین-ماه صحبت می‌کنیم این تاثیر بسیار بیش‌تر هم می‌شود.