Αστροφυσική, Διάστημα

Πρώτα η Σελήνη και μετά έγινε ο σχηματισμός της Γης σύμφωνα με μια νέα θεωρία που αντιστρέφει την ιστορία του σχηματισμού τους

Written by Δ.Μ.

Μια νέα εξήγηση για την προέλευση της Σελήνης που σχηματίστηκε μέσα στη Γη, όταν ο πλανήτης μας ήταν ένα περιστρεφόμενο νέφος εξαερωμένου διάπυρου βράχου, που ονομάζεται συνεστία. Το νέο μοντέλο από ερευνητές του Πανεπιστημίου Davis της Καλιφόρνιας, επιλύει αρκετά προβλήματα στο σχηματισμό σεληνιακού σώματος. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο η Σελήνη ήταν μέσα στη συνεστία της Γης και έτσι δημιουργήθηκε. Κι όχι από μια σύγκρουση της Γης με ένα σώμα μεγέθους του Άρη, την Θεία, πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια και που έδιωξε υλικό στην τροχιά της Γης.

Share

Μια νέα εξήγηση για την προέλευση της Σελήνης που σχηματίστηκε μέσα στη Γη, όταν ο πλανήτης μας ήταν ένα περιστρεφόμενο νέφος εξαερωμένου διάπυρου βράχου, που ονομάζεται συνεστία. Το νέο μοντέλο από ερευνητές του Πανεπιστημίου Davis της Καλιφόρνιας, επιλύει αρκετά προβλήματα στο σχηματισμό σεληνιακού σώματος. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο η Σελήνη ήταν μέσα στη συνεστία της Γης και έτσι δημιουργήθηκε. Κι όχι από μια σύγκρουση της Γης με ένα σώμα μεγέθους του Άρη, την Θεία,  πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια και που έδιωξε υλικό στην τροχιά της Γης.

synestia-moonΑπεικόνιση της συνεστίας (μια νέα κατηγορία ουράνιων σωμάτων σαν ντόνατς) από την οποία ίσως δημιουργήθηκε το σύστημα Γης – Σελήνης, την περίοδο που η συνεστία έχει ήδη συρρικνωθεί αρκετά ώστε να έχει ξεπροβάλει από το εσωτερικό της η διάπυρη ακόμα Σελήνη.

Η Σελήνη είναι σχεδόν η ίδια με τη Γη, αλλά με κάποιες διαφορές. Αυτό είναι το πρώτο μοντέλο που μπορεί να ταιριάξει με τη σύνθεση της Σελήνης. Η Σελήνη και η Γη αποτελούνται από παρόμοια στοιχεία, τα οποία είναι συνεπή με το σπασμένο κομμάτι (με την θεωρία της σύγκρουσης), αλλά υπάρχουν σε αυτή μερικές διαφορές που παραμένουν αινιγματικές. Για παράδειγμα, σε σχέση με τη Γη, η Σελήνη έχει λιγότερη αφθονία σε δύσκολα πτητικά στοιχεία όπως ο χαλκός, το κάλιο , νάτριο και ο ψευδάργυρος, αλλά έχει και μικρότερες ποσότητες πτητικών (που γίνονται εύκολα αέρια) χημικών στοιχείων, όπως το υδρογόνο και το άζωτο

Η παλιά θεωρία: Γιγάντια Σύγκρουση
Αυτή η θεωρία λέει ότι πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια η Γη χτυπήθηκε από ένα αντικείμενο μεγέθους του Άρη. Τα υπόλοιπα συντρίμμια σχημάτισαν τη Γη όπως την ξέρουμε και τη Σελήνη. Αυτή ήταν η ευνοούμενη θεωρία για λίγο καιρό, επειδή εξήγησε πολλά από τα μοναδικά χαρακτηριστικά της Σελήνης.

Χαρακτηριστικά όπως, ότι η Σελήνη έχει χαμηλότερη πυκνότητα από τη Γη, μικρό πυρήνα σιδήρου και σεληνιακούς και χερσαίους βράχους που έχουν τις ίδιες σταθερές ισοτόπων. Αυτή η θεωρία, ωστόσο, δεν καλύπτει τα πάντα. Ένα ζήτημα είναι ότι δεν εξηγεί γιατί τα συντρίμμια σχηματίστηκαν σε ένα μόνο φεγγάρι κι όχι σε μερικά μικρότερα φεγγάρια. Ακόμα, αυτή βεβαίως παραμένει η σημερινή κορυφαία θεωρία.

giant-impact-theory_1

Η νέα θεωρία : Συνεστία
Αυτή η θεωρία εξηγεί γιατί η Σελήνη έχει παρόμοια χημική σύνθεση με τη Γη. Ξεκινά επίσης πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Εκείνη τη στιγμή η Γη ήταν ένα περιστρεφόμενο σύννεφο ατμού που ονομάζεται συνεστία. Ποιό είναι όμως το αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης ενός πλανήτη που είχε μεγάλη ποσότητα ενέργειας και γωνιακής ορμής.

Το αποτέλεσμα είναι ένα μεγάλο σύννεφο σε σχήμα ντόνατς γύρω από ένα μικρό κομμάτι πρώιμου πλανήτη, τη Γη. Αυτές οι δομές πιθανότατα δεν διαρκούν πολύ, καθώς θα συρρικνωθούν καθώς χάνουν τη θερμότητα και σχηματίζονται σε πλανήτες. Μετά τη μεγάλη σύγκρουση, ένα κομμάτι από συντρίμμια θα έπρεπε να έπλεε γύρω από το σύννεφο, το οποίο συνέλεξε υλικό μέχρι να σχηματίσει τη Σελήνη. Αυτό δηλώνει ότι η Σελήνη δεν είχε εύκολα στοιχεία για εξάτμιση στη σύνθεσή της.

new-theory_1

Οι βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη έχουν σχηματιστεί από μικρότερα σώματα με την πάροδο του χρόνου.  Μια καυτό, λιωμένο φεγγάρι της Γης, που σχηματίζεται από μια συνεστία: ένα τεράστιο, περιστρεφόμενο ντόνατ εξατμισμένου βράχου που σχηματίστηκε από τη σύγκρουση δύο άλλων αντικειμένων μεγέθους πλανήτη.

Αντικείμενα με υψηλή ενέργεια και υψηλή γωνιακή ορμή θα μπορούσαν να σχηματίσουν μια συνεστία, ένα μεταβατικό στάδιο στον πλανητικό σχηματισμό της Γης, όπου ατμοποιημένος βράχος περιστρέφεται γύρω από το υπόλοιπο σώμα.  Η σημερινή θεωρία του πλανητικού σχηματισμού λέει το εξής: Όταν σχηματίζεται ένα αστέρι, το υλικό που έμεινε κινείται γύρω από το αστέρι. Αυτό το υλικό ονομάζεται πρωτοπλανητικός δίσκος . Το υλικό συσσωματώνεται σε μεγαλύτερα σώματα καθώς τα μικρότερα συγκρούονται και ενώνονται  μεταξύ τους σε πλανήτες.  Καθώς τα σώματα ολοένα μεγαλώνουν η δύναμη των συγκρούσεων τους γίνεται όλο και μεγαλύτερη και όταν συγκρούονται δύο μεγάλα σώματα, το βραχώδες υλικό τους λιώνει. Στη συνέχεια, το νεοδημιουργημένο σώμα ψύχεται και γίνεται σφαιρικό. Γίνεται κατανοητό ότι έτσι διαμορφώθηκε η Γη και οι άλλοι βραχώδεις πλανήτες στο Ηλιακό μας Σύστημα. Τι θα συνέβαινε όμως αν το σώμα που είχε προκύψει στρεφόταν πολύ γρήγορα. Όταν ένα σώμα περιστρέφεται, ισχύει ο νόμος της διατήρησης της γωνιακής ορμής. Αυτός ο νόμος λέει ότι ένα περιστρεφόμενο σώμα θα περιστραφεί μέχρις ότου μια εξωτερική ροπή επιβραδύνει τη λειτουργία του.

Τι θα συνέβαινε εάν δύο μεγάλα σώματα με υψηλή ενέργεια και υψηλή γωνιακή ορμή συγκρούστηκαν μεταξύ τους;

Εάν τα δύο σώματα είχαν αρκετά υψηλές θερμοκρασίες και αρκετά μεγάλη γωνιακή ταχύτητα, τότε θα σχηματίστηκε ένας νέος τύπος πλανητικής δομής: η συνεστία.  Για να σχηματιστεί μια συνησία, μέρος του ατμοποιημένου υλικού από τη σύγκρουση πρέπει να τεθεί σε τροχιά. Όταν μια σφαίρα είναι σταθερή, κάθε σημείο σε αυτήν περιστρέφεται με τον ίδιο ρυθμό, αν όχι με την ίδια ταχύτητα. Αλλά όταν ένα μέρος του υλικού εξατμίζεται, ο όγκος του επεκτείνεται. Εάν επεκταθεί αρκετά, και αν κινείται αρκετά γρήγορα, αφήνει την τροχιά και σχηματίζει μια τεράστια δισκοειδές αντικείμενο σαν ντόνατς, την συνεστία.

Το νέο «σενάριο» δέχεται και αυτό μια αρχική πρόσκρουση, αλλά στη συνέχεια, αντί για τη διάρκεια ενός δίσκου εκτοξευμένων υλικών, εκτιμά ότι από το κατακλυσμικό συμβάν της σύγκρουσης δημιουργήθηκε μια «συνεστία», ένα τεράστιο νέφος εξαερωμένων, λιωμένων και υγροποιημένων πετρωμάτων, που πιθανώς είχε μέγεθος δεκαπλάσιο της Γης.

Ο αρχικός «σπόρος» της Σελήνης ήταν μια μάζα. λιωμένων και υγροποιημένων πετρωμάτων της Γης που είχαν εκτοξευθεί μετά την πρόσκρουση και βρίσκονταν σε τροχιά γύρω από το επίκεντρο της συνεστίας. Καθώς σταδιακά οι καυτές θερμοκρασίες υποχωρούσαν, τα εξαερωμένα πετρώματα άρχισαν σιγά-σιγά να συμπυκνώνονται και να πέφτουν σαν βροχή προς το κέντρο της συνεστίας και προς τον γειτονικό πυρήνα της Πρωτο-Σελήνης, με ένταση δεκαπλάσια μιας καταιγίδας στη Γη. Τελικά, καθώς η συνεστία συρρικνωνόταν και συμπυκνωνόταν, μέσα από τα νέφη της προέκυψε το φεγγάρι.

Η όλη διαδικασία εκτιμάται ότι ήταν γρήγορη (μόλις λίγες δεκάδες χρόνια), ενώ περίπου 1.000 χρόνια αργότερα, από το ίδιο νέφος της συνεστίας, αναδύθηκε και η Γη, αρχικά σε λιωμένη και μετά στη σημερινή στερεά μορφή της.

Δηλαδή, σύμφωνα με τη νέα θεωρία, η Σελήνη γεννήθηκε πριν από τη «νέα» Γη. Επειδή Γη και φεγγάρι δημιουργήθηκαν από το ίδιο νέφος εξαερωμένων πετρωμάτων, έχουν εκ φύσεως σχεδόν ίδια σύνθεση χημικών ισοτόπων. Η έλλειψη πτητικών στοιχείων στη Σελήνη εξηγείται, επειδή αυτή, όταν σχηματίσθηκε, περιβαλλόταν από τεράστιες ποσότητες υδρατμών με θερμοκρασίες χιλιάδων βαθμών Κελσίου, με συνέπεια να εξατμισθούν τα πιο πτητικά στοιχεία.

Η δομή της συνεστίας ρίχνει λίγο φως στο πώς σχηματίζονται τα άλλα φεγγάρια. Η Γη και η Σελήνη είναι πολύ όμοια από την άποψη της σύνθεσης, οπότε είναι πιθανό ότι σχηματίστηκαν ως αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης. Είναι πιθανό ότι η Γη και η Σελήνη σχηματίστηκαν από την ίδια συνεστία.

Αυτές οι θεωρίες  έχουν μοντελοποιηθεί, αλλά δεν έχουν παρατηρηθεί. Ωστόσο, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα έχει την δύναμη να κοιτάζει σε πρωτοππλανητικούς δίσκους που σχηματίζουν πλανήτες. Θα παρατηρήσει άραγε καμιά μια συνεστία; Ποιός ξέρει;

Αποδείξεις

Τα περισσότερα από 400 κιλά δειγμάτων πετρωμάτων και ρεγόλιθου (σεληνιακού «χώματος»), που έφεραν πίσω οι επανδρωμένες αποστολές «Απόλλων» και οι ρομποτικές αποστολές των ΗΠΑ και της Σοβιετικής Ένωσης στη Σελήνη τις δεκαετίες 1960 και 1970, ανέτρεψαν τις μέχρι τότε κυρίαρχες θεωρίες για την προέλευση του δορυφόρου της Γης. Αυτά τα δείγματα εξάλειψαν τη θεωρία ότι η Σελήνη είχε συλληφθεί βαρυτικά από τη Γη, αλλά και τη θεωρία ότι είχε σχηματιστεί παράλληλα με αυτήν, ενώ αποκάλυψαν σημαντικές νέες λεπτομέρειες, όπως το γεγονός ότι κάποτε ο νεογέννητος δορυφόρος ήταν καλυμμένος με έναν ωκεανό μάγματος.

Η τεράστια ενέργεια που χρειαζόταν για να σχηματιστεί ο ωκεανός μάγματος οδήγησε σε μια ριζοσπαστική ιδέα για την προέλευση της Σελήνης, την υπόθεση ότι ο κοντινότερος ουράνιος σύντροφος της Γης σχηματίστηκε μετά από μια γιγαντιαίων διαστάσεων σύγκρουση μεταξύ της πρωτο-Γης (της Γης στο πρωτοπλανητικό στάδιο) και ενός άλλου πλανητικού σώματος. Η ιδέα αυτή βασίστηκε σε υπολογισμούς που έδειχναν ότι οι αναπτυσσόμενοι πλανήτες δεν είναι καθόλου σπάνιο να συγκρουστούν μεταξύ τους. Ορισμένοι ερευνητές υπέθεσαν μάλιστα ότι αυτή η γιγαντιαία σύγκρουση ήταν που οδήγησε στην έναρξη περιστροφής της Γης ή στην επιτάχυνσή της, περιστροφή που σήμερα δημιουργεί τον 24ωρο κύκλο του ημερονυχτίου. Η εικασία γιγαντιαίας σύγκρουσης προβλέπει ότι υπήρξε μια πλάγια (λοξή) σύγκρουση ανάμεσα στην πρωτο-Γη και έναν πρωτοπλανήτη μεγέθους ανάλογου με του πλανήτη Αρη, που είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός θερμού δίσκου συντριμμιών βράχων γύρω από τη Γη. Από αυτόν τον δίσκο συντέθηκε τελικά η Σελήνη, σενάριο που εξηγεί τη μεγάλη μάζα της Σελήνης (πέμπτος μεγαλύτερος δορυφόρος στο ηλιακό σύστημα).

Υπερβολική ομοιότητα

Ωστόσο, η υπόθεση της γιγαντιαίας σύγκρουσης εμφανίζει κάποια κενά. Κορυφαίο είναι η εκπληκτική χημική ομοιότητα ανάμεσα στη Γη και τη Σελήνη. Αυτά τα δύο σώματα είναι φτιαγμένα από το ίδιο αρχικό υλικό, σαν να είναι πλανητικά δίδυμα, ενώ η τυπική εκδοχή της γιγαντιαίας σύγκρουσης προβλέπει ότι η Σελήνη θα έπρεπε να αποτελείται κυρίως από το υλικό του πρωτοπλανήτη που συγκρούστηκε με τη Γη. Η σύνθεση αυτού του πρωτοπλανήτη αναμφίβολα θα διέφερε από της Γης, επειδή οι πλανήτες, καθώς αναπτύσσονται μέσα στο δίσκο αερίων και σκόνης γύρω από ένα νεαρό άστρο, ενσωματώνουν ο καθένας διαφορετικά μείγματα συστατικών υλικών, αυτά δηλαδή που είναι διαθέσιμα στις τροχιές του καθενός. Οι επιστήμονες μπορούν να διακρίνουν τις διαφορές ανάμεσα στα μείγματα αυτά με την πραγματοποίηση υψηλής ακρίβειας μετρήσεων των συγκεντρώσεων των ισοτόπων διάφορων στοιχείων μέσα στα πετρώματα, συνθέτοντας έτσι το μοναδικό «ισοτοπικό αποτύπωμα» κάθε πλανητικού σώματος στο ηλιακό σύστημα. Εξαιρούνται η Γη και η Σελήνη, που παραδόξως έχουν σχεδόν πανομοιότυπο αποτύπωμα.

Αυτό το ισοτοπικό παράδοξο έμενε αναπάντητο επί δεκαετίες από την υπόθεση της γιγαντιαίας σύγκρουσης, χωρίς να διατυπώνεται καμία καλύτερη εναλλακτική εξήγηση για την προέλευση της Σελήνης. Τώρα, σε μια δεύτερη επιστημονική επανάσταση στον τομέα, διαπιστώνεται ότι οι περισσότερες γιγαντιαίες συγκρούσεις δεν δημιουργούν αμέσως έναν νέο πλανήτη. Αντίθετα, σχηματίζουν ένα σώμα που ανήκει σε μια καινούργια αστρονομική κατηγορία αντικειμένων, ένα μεταβατικό υβρίδιο μεταξύ πλανήτη και δίσκου, που ονομάζεται συνεστία και θα μπορούσε να εξηγήσει τα περισσότερα από τα περίεργα χαρακτηριστικά της Σελήνης, συμπληρώνοντας τα κενά της υπόθεσης της γιγαντιαίας σύγκρουσης. Οι ερευνητές συνέθεσαν την ονομασία του φαινομένου από το όνομα της αρχαιοελληνικής θεάς Εστίας, καθώς θεωρούν ότι το «σπίτι» μας, η Γη, προέκυψε από ένα τέτοιο σώμα, προσθέτοντας το πρόθεμα «συν» για να τονίσουν τη συνέργεια ανάμεσα στα υλικά του πλανήτη και του δίσκου γύρω του.

Βροχή μάγματος

Οι συνεστίες μπορεί να έχουν διάφορα σχήματα και μεγέθη, ανάλογα με την εσωτερική σε αυτές κατανομή μάζας, Ενέργειας και στροφορμής. Τα χαρακτηριστικά τους εξαρτώνται από το πώς δημιουργήθηκαν. Η ομαλή θέρμανση ενός πλανήτη δημιουργεί μια συνεστία που μοιάζει με «ιπτάμενο δίσκο», αλλά οι γιγαντιαίες συγκρούσεις προκαλούν το σχηματισμό πιο «φουσκωτών» συνεστιών, που μοιάζουν με λουκουμάδες. Σύμφωνα με τους επιστήμονες που τις ανακάλυψαν, το γεγονός ότι κανείς – ούτε οι ίδιοι – τις είχαν εντοπίσει έως τώρα οφείλεται σε λάθος προσδοκίες. Στο φάσμα των γιγαντιαίων συγκρούσεων που θα μπορούσαν να σχηματίσουν τη Σελήνη, η Ενέργεια και η στροφορμή ενός ουράνιου σώματος σαν τον Αρη είναι πολύ μικρές για να σχηματίσουν μια συνεστία. Επικεντρώνοντας σε πρωτοπλανήτες πρόσκρουσης με αρειανά χαρακτηριστικά, ολόκληρο το αστρονομικό πεδίο – γενιές επιστημόνων – παραπλανήθηκαν νομίζοντας ότι ένας πλανήτης και ένας δίσκος συντριμμιών γύρω του είναι το μοναδικό αποτέλεσμα μιας γιγαντιαίας σύγκρουσης.

Η θερμοκρασία μιας συνεστίας καθορίζεται από το σημείο βρασμού των πετρωμάτων, το οποίο στα εξωτερικά της στρώματα, εκεί που επικρατεί χαμηλή πίεση, είναι μεγαλύτερη από 2.000 βαθμούς Κελσίου. Η ψύξη αυτών των στρωμάτων, λόγω ακτινοβόλησης Ενέργειας στο Διάστημα, προκαλεί συμπύκνωση των ατμών σε υγρή μορφή, οπότε σταγονίδια μάγματος πέφτουν σαν βροχή προς το εσωτερικό της συνεστίας. Σε αυτό το σενάριο ένα φεγγάρι αρχίζει να σχηματίζεται ως μια μικρή σφαίρα λιωμένων βράχων και μετάλλων, που δεν εξατμίστηκε κατά τη γιγαντιαία σύγκρουση. Η σφαίρα αυτή μεγαλώνει με κάθε σταγόνα μάγματος που πέφτει πάνω της, καθώς περιφέρεται μέσα στο νέφος της συνεστίας. Η ψύξη της συνεστίας οδηγεί σταδιακά στη συρρίκνωσή της και μετά από μερικές δεκάδες χρόνια συρρικνώνεται αρκετά ώστε να αποκαλυφθεί το φεγγάρι. Το σενάριο εξηγεί την ισοτοπική ομοιότητα Γης και Σελήνης, καθώς η συνεστία από την οποία προήλθαν φτιάχτηκε από τα εξαερωμένα και καλά αναμεμειγμένα υλικά των δύο αρχικών σωμάτων.

Η συνεστία μπορεί να εξηγήσει και άλλα σεληνιακά μυστήρια. Παρά την ισοτοπική ομοιότητα, η Σελήνη δεν έχει την ίδια χημική σύσταση με τη Γη, καθώς διαθέτει μικρότερες ποσότητες πτητικών (που γίνονται εύκολα αέρια) χημικών στοιχείων, όπως το υδρογόνο και το άζωτο, αλλά και λιγότερο πτητικών, όπως το νάτριο και το κάλιο. Η τυπική θεωρία της γιγαντιαίας σύγκρουσης δεν μπορεί να εξηγήσει αυτήν τη διαπίστωση. Σύμφωνα με την εικασία της συνεστίας, τα πτητικότερα στοιχεία θα παρέμεναν σε αέρια μορφή κατά τη διάρκεια της βροχής μάγματος, έτσι η Σελήνη δεν θα αποκτούσε μεγάλες ποσότητες από αυτά. Τα πτητικά υλικά θα παρασύρονταν προς το κέντρο της συρρικνούμενης συνεστίας και θα κατέληγαν τελικά να γίνουν μέρος της Γης. Με βάση τις προσομοιώσεις, η «συνταγή» για να αποκτήσει η Σελήνη τη χημική της σύνθεση προβλέπει την εξάτμιση δύο πρωτοπλανητικών σωμάτων μετά από γιγαντιαία μεταξύ τους σύγκρουση, καλό ανακάτεμα και… ψήσιμο στους 4.000 βαθμούς Κελσίου, σε «φούρνο με αέρα» (μετάδοση θερμότητας με συναγωγή) επί 10 έως 100 χρόνια.

Προς το παρόν οι συνεστίες έχουν παρατηρηθεί μόνο στην οθόνη υπολογιστή, σε μαθηματικά μοντέλα προσομοίωσης γιγαντιαίων συγκρούσεων, αλλά οι επιστήμονες ελπίζουν ότι όσο μεγαλώνει η διακριτική ικανότητα των τηλεσκοπίων, ίσως εντοπιστούν κάποιες σε υπό διαμόρφωση πλανητικά συστήματα, δίνοντάς μας τη δυνατότητα να παρακολουθήσουμε μια αναπαράσταση του πώς σχηματίστηκε το σύστημα Γης – Σελήνης. Αν και σύμφωνα με τις προσομοιώσεις το φαινόμενο των συνεστιών κάθε άλλο παρά σπάνιο είναι, ο προσωρινός χαρακτήρας του καθιστά πολύ δύσκολο τον εντοπισμό του.

Πηγή και εδώ

About the author

Δ.Μ.

Share