Σε μόλις 5 ώρες μπορεί να σχηματίστηκε η Σελήνη - Τι δείχνουν νέες προσομοιώσεις
Νέα μοντέλα από το Southwest Research Institute και το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα αλλάζουν όσα γνωρίζαμε για τη γέννηση της Σελήνης
Snapshot
- Νέες προσομοιώσεις δείχνουν ότι η Σελήνη μπορεί να σχηματίστηκε μέσα σε μόλις πέντε ώρες μετά τη γιγαντιαία σύγκρουση μεταξύ της Γης και της Θείας.
- Οι προσομοιώσεις λαμβάνουν υπόψη για πρώτη φορά την αντοχή των υλικών και τη θερμοκρασία των σωμάτων κατά τη σύγκρουση, παράγοντες που επηρεάζουν σημαντικά τον τρόπο σχηματισμού της Σελήνης.
- Η θερμοκρασία της Γης και της Θείας πριν τη σύγκρουση καθόρισε αν η Σελήνη δημιουργήθηκε σταδιακά από δίσκο συντριμμιών ή εμφανίστηκε σχεδόν άθικτη μέσα σε λίγες ώρες.
- Τα νέα δεδομένα μπορούν να βοηθήσουν στον ακριβέστερο προσδιορισμό του χρόνου της γιγαντιαίας σύγκρουσης που οδήγησε στον σχηματισμό της Σελήνης.
- Παρά τα ευρήματα, παραμένει αναπάντητο το ερώτημα γιατί η Γη και η Σελήνη έχουν τόσο παρόμοια χημική σύσταση.
Η Σελήνη μπορεί να σχηματίστηκε πολύ πιο γρήγορα απ' ό,τι πιστεύαμε, ακόμη και μέσα σε μόλις πέντε ώρες από τη γιγαντιαία σύγκρουση που δημιούργησε το σύστημα Γης-Σελήνης.
Αυτό προκύπτει από νέα μοντέλα που πραγματοποίησαν επιστήμονες του Southwest Research Institute (SwRI) σε συνεργασία με ερευνητές του Πανεπιστημίου της Αριζόνα. Οι νέες προσομοιώσεις χρησιμοποιούν σύγχρονες υπολογιστικές τεχνικές και, για πρώτη φορά σε αυτό το πλαίσιο, λαμβάνουν υπόψη και την αντοχή των υλικών των δύο πλανητών που συγκρούστηκαν.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η γεωλογική κατάσταση των σωμάτων τη στιγμή της σύγκρουσης μπορεί να έπαιξε καθοριστικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο σχηματίστηκε η Σελήνη, αλλά και να βοηθήσει τους επιστήμονες να προσδιορίσουν καλύτερα πότε συνέβη η κοσμική σύγκρουση. Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal Letters.
Η Θεία και η γιγαντιαία σύγκρουση
Η επικρατέστερη θεωρία για τη δημιουργία της Σελήνης υποστηρίζει ότι, πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ένας πλανήτης περίπου στο μέγεθος του Άρη, γνωστός ως Θεία (Theia), συγκρούστηκε με την πρώιμη Γη.
Η τεράστια σύγκρουση είχε ως αποτέλεσμα να δημιουργηθεί το σύστημα Γης-Σελήνης.
Προηγούμενες μελέτες, μεταξύ των οποίων και θεμελιώδης εργασία του 2001 από τον Robin Canup του SwRI και τον Erik Asphaug του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, είχαν δείξει ότι ένα τέτοιο σενάριο θα μπορούσε να εξηγήσει τον σχηματισμό της Σελήνης.
Ωστόσο, εκείνα τα μοντέλα, όπως και πολλές μεταγενέστερες προσομοιώσεις, δεν λάμβαναν υπόψη την αντοχή των υλικών των σωμάτων που συγκρούστηκαν, καθώς θεωρούνταν ότι δεν θα είχε σημαντική επίδραση σε μια τόσο ισχυρή σύγκρουση.
Η νέα μελέτη επιστρέφει σε αυτή την υπόθεση και εξετάζει για πρώτη φορά τον ρόλο της γεωλογικής αντοχής, η οποία εξαρτάται και από τη θερμοκρασία.
Η θερμοκρασία μπορεί να άλλαξε τα πάντα
«Ανακαλύψαμε ότι η προϋπάρχουσα γεωλογία της πρωτο-Σελήνης, μεγέθους περίπου όσο ο Άρης, έχει σημασία», δήλωσε η Δρ. Adeene Denton, πρώην μεταδιδακτορική ερευνήτρια του προγράμματος της NASA στο SwRI και σήμερα μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο τμήμα Solar System Science and Exploration του SwRI.
Όπως εξήγησε, όταν η Γη και η Θεία προσομοιώνονται ως σώματα που συγκρούονται και τα μοντέλα λαμβάνουν υπόψη τις γεωλογικές τους ιδιότητες, ο τρόπος σχηματισμού της Σελήνης αλλάζει σημαντικά. Και ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες είναι η θερμοκρασία.
Τα θερμότερα σώματα είναι πιο αδύναμα από τα ψυχρότερα. Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε, επομένως, ότι ο σχηματισμός της Σελήνης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το πόσο θερμή ήταν η Γη και η Θεία πριν από τη σύγκρουση.
Σε ορισμένα σενάρια, η σύγκρουση καταστρέφει τη Θεία και δημιουργεί έναν τεράστιο δίσκο συντριμμιών γύρω από τη Γη. Από αυτόν τον δίσκο η Σελήνη σχηματίζεται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου.
Σε άλλα, όμως, το αποτέλεσμα είναι εντυπωσιακά διαφορετικό: μια σχεδόν άθικτη Σελήνη μπορεί να εμφανιστεί μέσα σε λίγες μόνο ώρες.
Η Σελήνη θα μπορούσε να είχε σχηματιστεί μέσα σε πέντε ώρες
Η Denton εξήγησε ότι, όταν χρησιμοποίησε στις προσομοιώσεις τις ίδιες παραμέτρους με τα αρχικά μοντέλα σχηματισμού της Σελήνης, συμπεριλαμβανομένων των αντίστοιχων θερμοκρασιακών δομών στο εσωτερικό των δύο σωμάτων, μέσα σε περίπου πέντε ώρες εμφανίστηκε μια άθικτη Σελήνη.
«Ανάλογα με το πόσο θερμές ήταν 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», ανέφερε.
«Όταν όμως χρησιμοποίησα τις ίδιες παραμέτρους με την αρχική μοντελοποίηση - μέχρι και τις ίδιες θερμοκρασιακές δομές στο εσωτερικό και των δύο σωμάτων - μέσα σε περίπου πέντε ώρες εμφανίστηκε μια άθικτη Σελήνη».
Οι προσομοιώσεις εξετάζουν τρία πανομοιότυπα σενάρια σχηματισμού της Σελήνης με διαφορετικά αρχικά θερμοκρασιακά προφίλ, από ψυχρά έως ιδιαίτερα θερμά σώματα. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε διαφορετικά χρονικά σημεία, από μισή ώρα μετά τη σύγκρουση έως και 24 ώρες αργότερα.
Τρία διαφορετικά σενάρια σχηματισμού της Σελήνης με διαφορετικές αρχικές θερμοκρασίες: περίπου 400 K, 800 K και 2.000 K. Οι εικόνες δείχνουν την εξέλιξη της σύγκρουσης 0,5, 5, 12 και 24 ώρες μετά, αποκαλύπτοντας πώς η θερμοκρασία των σωμάτων επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζεται η Σελήνη
Ένα νέο στοιχείο για το πότε σχηματίστηκε η Σελήνη
Αν και η δημιουργία μιας άθικτης Σελήνης έχει εμφανιστεί και σε προηγούμενες προσομοιώσεις, η συγκεκριμένη μελέτη είναι η πρώτη που δείχνει ότι η αντοχή των υλικών και η θερμοκρασία μπορούν να διαδραματίσουν τόσο καθοριστικό ρόλο στο αν η Σελήνη σχηματίστηκε σχεδόν αμέσως ή αν δημιουργήθηκε σταδιακά από έναν δίσκο υλικού γύρω από τη Γη.
Το εύρημα αυτό μπορεί να δώσει στους επιστήμονες ένα νέο στοιχείο για τον χρόνο της γιγαντιαίας σύγκρουσης.
Ο Robin Canup, συντάκτης της παλαιότερης μελέτης και αντιπρόεδρος του τμήματος Solar System Science and Exploration του SwRI στο Boulder, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα έρευνα, χαρακτήρισε τα αποτελέσματα «εκπληκτικά και συναρπαστικά».
Οι προσομοιώσεις δείχνουν πώς η συμπερίληψη της αντοχής των υλικών αλλάζει την εξέλιξη της γιγαντιαίας σύγκρουσης. Πάνω απεικονίζεται το μοντέλο χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η αντοχή των υλικών, ενώ κάτω το αντίστοιχο μοντέλο με την αντοχή ενσωματωμένη. Η χρωματική κλίμακα αποτυπώνει τη θερμοκρασία των υλικών
Όπως σημείωσε, τα νέα δεδομένα ενδέχεται να συνδέουν τις σημερινές φυσικές ιδιότητες της Σελήνης, μεταξύ άλλων ίσως και την περιεκτικότητά της σε πτητικά στοιχεία, με τη θερμική κατάσταση της Γης και της Θείας κατά τη στιγμή της γιγαντιαίας σύγκρουσης.
Αυτό, με τη σειρά του, θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πότε συνέβη το γεγονός που δημιούργησε τη Σελήνη.
Το μεγάλο μυστήριο παραμένει
Παρά τα νέα ευρήματα, υπάρχει ένα βασικό ερώτημα που εξακολουθεί να απασχολεί τους επιστήμονες: γιατί η Γη και η Σελήνη έχουν τόσο παρόμοια χημική σύσταση;
Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η Θεία και η πρωτο-Γη σχηματίστηκαν στην ίδια περιοχή του πρωτοπλανητικού δίσκου, ενώ ο Άρης, ο οποίος παρουσιάζει διαφορετική σύσταση, σχηματίστηκε σε μεγαλύτερη απόσταση.
«Επειδή η Γη και ο Άρης σχηματίστηκαν στην ίδια γειτονιά του Ηλιακού Συστήματος, είναι σαν αδέλφια», εξήγησε η Denton. «Η Σελήνη και η Γη μοιάζουν περισσότερο με ετεροθαλή δίδυμα».
Η μελέτη βασίστηκε σε μεθόδους προσομοίωσης γιγαντιαίων συγκρούσεων που αναπτύχθηκαν από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Βέρνης και του Πανεπιστημίου της Αριζόνα.
