Η έρευνα για την προέλευση της Σελήνης

Δύο επιστήμονες, ο William K. Hartmann και ο Donald R. Davis, ήταν οι πρώτοι που πρότειναν την σύγχρονη υπόθεση της προέλευσης του φεγγαριού, σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε το 1975 στο περιοδικό Ίκαρος. Σε αυτήν την εργασία υποδεικνύεται ότι ένα αντικείμενο, με το μέγεθος του Άρη, συγκρούστηκε με τη νεαρή τότε Γη, 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Τα συντρίμμια από την σύγκρουση ρίχτηκαν τότε στο διάστημα, όπου συσσωρεύτηκαν σε μια στέρεα μάζα για να φτιάξουν το φεγγάρι και έκτοτε αυτή βρίσκεται μέσα στο Γήινο βαρυτικό πεδίο.  H θεωρία υποστηρίζεται από την παρόμοια σύνθεση των βράχων της Γης και της Σελήνης.

Η θεωρία αυτή μέχρι το 1984 είχε ατονήσει, όταν τότε οργανώθηκε μια διεθνής συνεδρίαση στην Kona της Χαβάης, για την προέλευση του φεγγαριού. Σε εκείνη την συνεδρίαση, η υπόθεση της γιγαντιαίας σύγκρουσης προέκυψε ως η καλύτερη που υπάρχει. Ο Michael Drake, διευθυντής του πλανητικού τμήματος επιστήμης του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, περιέγραψε εκείνη την συνεδρίαση ίσως την επιτυχέστερη στην ιστορία της πλανητικής επιστήμης.

Γιατί όμως η υπόθεση της σύγκρουσης είναι σωστή;

• Η Γη έχει έναν μεγάλο πυρήνα σιδήρου, αλλά το φεγγάρι δεν έχει. Αυτό συμβαίνει επειδή ο σίδηρος της Γης είχε κατακαθήσει ήδη στον πυρήνα όταν συνέβη η γιγαντιαία σύγξρουση. Επομένως, τα συντρίμμια που ρίχτηκαν από τη Γη και το τεράστιο αντικείμενο προέρχονταν από τους σκληρούς μανδύες τους, που είναι φτωχοί σε περιεκτικότητα σιδήρου. Ο πυρήνας από σίδηρο του αντικειμένου, που συγκρούστηκε έλειωσε κατά τη σύγκρουση και συγχωνεύτηκε  με τον πυρήνα από σίδηρο της Γης, σύμφωνα με τα μοντέλα των υπολογιστών.
  
• Η Γη έχει μια μεγάλη πυκνότητα 5.5 gr/cm³, αλλά το φεγγάρι έχει μια πυκνότητα μόνο gr/cm³. Ο λόγος είναι ότι λείπει ο σίδηρος από τον πυρήνα του φεγγαριού.
  
• Το φεγγάρι έχει ακριβώς την ίδια σύνθεση ισοτόπων του οξυγόνου με τη Γη, ενώ οι βράχοι του Άρη και οι μετεωρίτες από άλλα μέρη του ηλιακού συστήματος έχουν διαφορετικές συνθέσεις ισοτόπων οξυγόνου. Αυτό δείχνει ότι το φεγγάρι σχηματίσθηκε από υλικό, που διαμορφώθηκε στη γήινη γειτονιά.
  
• Εάν κάποια θεωρία για τη σεληνιακή προέλευση μιλάει για μια εξελικτική διαδικασία, δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί γιατί οι άλλοι πλανήτες δεν έχουν παρόμοια φεγγάρια. (Μόνο ο Πλούτωνας έχει ένα φεγγάρι που έχει σημαντικό μέγεθος σε σχέση με τον πλανήτη του.) Η υπόθεση της γιγαντιαίας σύγκρουσης έχει το πλεονέκτημα ενός καταστροφικού γεγονότος με μικρή πιθανότητας, κάτι που συνέβη μόνο σε έναν ή δύο πλανήτες από τους εννέα.
  

Από πού προήλθε αυτή η θεωρία;

Οι Hartmann και Davis ήταν εξοικειωμένοι με μια εργασία που έγινε στην πρώην Σοβιετική Ένωση στη δεκαετία του '60, πάνω στη συνάθροιση πλανητών από αμέτρητα σώματα, σαν αστεροειδεί, που λέγονται planetesimals. Η περισσότερη από αυτή την πρωτότυπη εργασία έγινε από ένα Ρώσο αστροφυσικό, τον V. S. Safronov.

Παίρνοντας στις γενικές ιδέες του Safronov, οι Hartmann και ο Νταίηβις έκαναν υπολογισμούς του ρυθμού αύξησης του 2ου μεγαλύτερου, του 3ου μεγαλύτερου, κ.λπ., σωμάτων στη γειτονιά της Γης, καθώς η ίδια η Γη αυξανόταν. Ακριβώς όπως η αστεροειδής ζώνη έχει σήμερα το μεγαλύτερο αστεροειδή (Δήμητρα) με μια διάμετρο 1000 km, και διάφορα μικρότερα αστρονομικά σώματα με ένα εύρος διαμέτρων 300-500 km, έτσι και η περιοχή της γήινης τροχιάς θα είχε διάφορα σώματα μέχρι, περίπου, το μισό μέγεθος της ανεπτυγμένης Γης. Η ιδέα ήταν ότι στην περίπτωση της Γης (αλλά όχι των άλλων πλανητών) η σύγκρουση συνέβη αρκετά αργά, και σε μια τέτοια κατεύθυνση σχετικά με τη Γήινη περιστροφή, που αρκετά άφθονο υλικό μέσο ρίχτηκε προς τα έξω, για να σχηματίσει ένα φεγγάρι.

Μερικές άλλες πιο αρχικές ιδέες για τη δημιουργία της Σελήνης

1. Μια αρχική θεωρία ήταν ότι το φεγγάρι είναι ένας αδελφός-κόσμος με τη Γη, που μπήκε σε τροχιά γύρω της καθώς  διαμορφώθηκε η Γη. Αυτή η θεωρία απέτυχε επειδή δεν μπόρεσε να εξηγήσει γιατί το φεγγάρι στερείται σιδήρου.

2. Μια δεύτερη αρχικά ιδέα ήταν ότι το φεγγάρι σχηματίσθηκε κάπου αλλού στο ηλιακό μας σύστημα, όπου υπήρχε λίγος σίδηρος, και έπειτα συλλήφθηκε σε τροχιά γύρω από τη Γη. Αυτή η θεωρία απέτυχε όταν οι έρευνες εμφάνισαν ότι οι σεληνιακοί βράχοι έχουν την ίδια σύνθεση ισοτόπων με τη Γη.

3. Μια τρίτη αρχικά ιδέα ήταν ότι η νεαρή Γη περιστρεφόταν τόσο γρήγορα που ένα κομμάτι απομακρύνθηκε από τη Γη. Αυτή η ιδέα έφτιαχνε ένα φεγγάρι παρόμοιο με το γήινο μανδύα, αλλά απέτυχε όταν η ανάλυση της συνολικής στροφορμής και της ενέργειας έδειξε ότι το παρόν σύστημα Γης-φεγγαριού  δεν θα μπορούσε να σχηματιστεί κατ' αυτό τον τρόπο.

Οι μελέτες των σεληνιακών βράχων εμφανίζουν ότι το φεγγάρι είχε αρχικά μια λειωμένη επιφάνεια. Όταν άρχισε να ψύχεται αυτός ο ωκεανός του μάγματος, συνεχίστηκε έντονη ηφαιστειακή δραστηριότητα για περίπου 900 εκατομμύρια χρόνια. Μια ηφαιστειακή έκρηξη εκείνης της εποχής εμφανίζεται εδώ.

Το φεγγάρι σήμερα. Αυτή η απογευματινή σκηνή απεικονίζει το φεγγάρι όπως θεωρείται ότι ήταν πριν περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Η ηφαιστειογενής περίοδος έχει τελειώσει. Οι συγκρούσεις με μετεωρίτες είναι σπάνιοι. Το ήρεμο τοπίο αναμένει την επιστροφή των ανθρώπινων εξερευνητών.

πηγή: Physics4u.gr