Ο σχηματισμός της Γης

Με βάση τα διαθέσιμα στοιχεία, οι επιστήμονες είναι σε θέση να αναδημιουργήσουν αναλυτικές πληροφορίες για το παρελθόν του πλανήτη μας. Η Γη σχηματίστηκε πριν 4.567 δισεκατομμύρια έτη από ένα νεφέλωμα, μαζί με τον ήλιο και τους άλλους πλανήτες. Τότε η Γη ήταν μια τεράστια σφαίρα από λιωμένο μάγμα. Η υψηλή θερμοκρασία στην επιφάνεια της διατηρούσε λιωμένο τον σίδηρο (που προϋπήρχε βέβαια στο νέφος από το οποίο φτιάχτηκε η Γη), και που καταβυθιζόταν αργά αργά προς το εσωτερικό της, σχηματίζοντας έτσι σταδιακά τον σημερινό στερεό πυρήνα της.

Αλλά παράλληλα, ένα μεγάλο πλήθος ραδιενεργών στοιχείων διατηρούσε σε διάπυρη κατάσταση τον πλανήτη καθώς, η ακτινοβολία από τη διαδικασία μετατροπής τους προς άλλα ελαφρύτερα στοιχεία παρήγαγε την απαιτούμενη θερμότητα.

Το εξωτερικό στρώμα του πλανήτη ψύχθηκε όταν άρχισε το νερό να συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα του, κι όταν ο πλανήτης είχε τη μισή ακτίνα που έχει τώρα, με συνέπεια να φτιαχτεί ο στερεός φλοιός. Μετά από περίπου 800 εκατομμύρια χρόνια, η θερμοκρασία είχε μειωθεί αρκετά ώστε το μάγμα να αρχίσει να στερεοποιείται, σχηματίζοντας έτσι τον εξωτερικό στερεό φλοιό. Το μάγμα όμως εγκλωβίστηκε στα κατώτερα στρώματα του φλοιού, όπου εξακολουθεί να υπάρχει ακόμα και σήμερα.

Αλλά στα πρώτα στάδια δημιουργίας του ηλιακού συστήματος η Γη δεχόταν έναν ανηλεή βομβαρδισμό από κομήτες και μετεωρίτες που προέρχονταν από το υπό διαμόρφωση πλανητικό σύστημα, με αποτέλεσμα να καταστρέφεται οτιδήποτε είχε σχηματιστεί μέχρι εκείνη τη στιγμή στην επιφάνεια της Γης. Τότε λοιπόν, δηλαδή πριν περίπου 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια, λόγω της σταδιακής μείωσης της θερμοκρασίας του πλανήτη, άρχισε να σχηματίζεται η ατμόσφαιρα και οι πρώτες σταγόνες βροχής συγκεντρώθηκαν στις ήδη διαμορφωμένες κοιλότητες της επιφάνειας. Μέσα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια, οι νεογέννητοι ωκεανοί, αν και αρκετά θερμότεροι σε σχέση με τη σημερινή κατάσταση τους, ήταν έτοιμοι να στεγάσουν την πρώτη μορφή ζωής. Η πρώτη μικροβιακή μορφή ζωής πάνω στον πλανήτη ενδέχεται να προήλθε από ισότοπα άνθρακα, όπως πιστεύεται από τους επιστήμονες μέχρι σήμερα.

Καθώς η θερμοκρασία στην επιφάνεια της Γης μειωνόταν, το μάγμα στερεοποιεί-το εξωτερικά, σχηματίζοντας τον αρχικό στερεό φλοιό. Τα τμήματα του φλοιού που σχηματίστηκαν κάτω από τους ωκεανούς ονομάζονται ωκεάνιος φλοιός, ενώ τα τμήματα της ξηράς καλούνται ηπειρωτικός φλοιός. Ο πρωτογενής φλοιός ονομάζεται και βασαλτικός, λόγω του ότι περιείχε ποσότητες βασάλτη, όμως σήμερα βρίσκεται σε αυτή τη μορφή μόνο σε ορισμένα υποθαλάσσια τμήματα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι συγκρούσεις των τεκτονικών πλακών προκαλούσαν την καταβύθιση ολόκληρων τμημάτων του αρχικού ηπειρωτικού φλοιού, τα οποία τήκονταν στο εσωτερικό λόγω των υψηλών θερμοκρασιών. Η εκ νέου έξοδος τους μέσω των ηφαιστείων με μορφή λάβας είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία νέου φλοιού, περισσότερο εμπλουτισμένου σε σχέση με τον αρχικό. Το ίδιο συνέβαινε και στον ωκεάνιο φλοιό. Η ποσότητα λάβας που εξερχόταν από τα υποθαλάσσια ηφαίστεια στερεοποιείτο μέσα στους ωκεανούς και εγκλώβιζε νέα συστατικά, όπως μόρια νερού, τα οποία ελάττωναν το σημείο τήξης του στερεού φλοιού. Ο κύκλος αυτός μπορούσε να επαναληφθεί αρκετές φορές, οπότε η σύσταση του ωκεάνιου φλοιού μεταβαλλόταν διαρκώς.

Ο ωκεάνιος φλοιός διαφέρει σημαντικά από τον ηπειρωτικό, καθώς ο δεύτερος αποτελείται κυρίως από γρανιτικά πετρώματα. Τα πετρώματα δημιουργούνται κατά τη στερεοποίηση της λάβας μετά την έκρηξη ενός ηφαιστείου -για τον λόγο αυτό καλούνται ηφαιστειογενή- και φέρουν πολλά συστατικά, ανάλογα με την περιοχή στην οποία δημιουργήθηκαν και τις συνθήκες κάτω από τις οποίες επήλθε η κρυσταλλοποίησή τους.

Η ανάπτυξη της φωτοσύνθεσης επέτρεψε να συλλεχθεί η ενέργεια του ήλιου άμεσα. Το οξυγόνο που παράγεται από τη φωτοσύνθεση συσσωρεύτηκε στην ατμόσφαιρα και δημιούργησε το στρώμα του όζοντος. Η ενσωμάτωση μικρότερων κυττάρων μέσα σε μεγαλύτερα οδήγησε στην ανάπτυξη σύνθετων κυττάρων, τα λεγόμενα ευκαρυωτικά. Κάποια κύτταρα μέσα σε αποικίες έγιναν όλο και περισσότερο εξειδικευμένα, με συνέπεια το σχηματισμό αληθινών πολυκυττάρων οργανισμών. Την ανάπτυξη της ζωής βοήθησε η απορρόφηση της επιβλαβούς υπεριώδους ακτινοβολίας από το στρώμα του όζοντος, κι έτσι από τότε αποίκισε την επιφάνεια της Γης.

Κατά τη διάρκεια εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, σχηματίστηκαν οι ήπειροι και έσπασαν σε κομμάτια καθώς η επιφάνεια της Γης αναδιαμορφωνόταν συνεχώς. Οι ήπειροι έχουν μεταναστεύσει σε όλη την επιφάνεια της Γης, συνδυαζόμενοι περιστασιακά σχηματίζοντας υπερηπείρους. Κατά προσέγγιση πριν 750 εκατομμύρια χρόνια, που υπήρχε η υπερήπειρος Ροντίνια (Rodinia), άρχισε να διασπάται σε μικρότερες ηπείρους. Οι ήπειροι επανενώθηκαν αργότερα για να σχηματίσουν την Παννότια (Pannotia), πριν 600-540 εκ. χρόνια, και τελικά την Παγγαία, που διασπάστηκε πριν 180 εκ. χρόνια.

Σελήνη

Οι βασικότερες θεωρίες σχετικά με την προέλευση της Σελήνης είναι οι εξής:

1. Η Σελήνη αρχικά μπορεί να ήταν ένας ανεξάρτητος πλανήτης, που συνελήφθη από το βαρυτικό πεδίο της Γης. Αυτή περίπτωση είναι σχετικά απίθανη λόγω της σχετικά μεγάλης μάζας της Σελήνης για δορυφόρο της Γης.

2. Μια άλλη απίθανη θεωρία είναι να αποτελούσαν, η Γη και η Σελήνη, έναν ενιαίο πλανήτη, που περιστρεφόταν γύρω από τον Ήλιο, ευρισκόμενος όμως σε μια ρευστή κατάσταση. Αλλά με την πάροδο του χρόνου, τα βαρύτερα στοιχεία συσσωρεύτηκαν στον πυρήνα του ενιαίου πλανήτη, ενώ τα ελαφρύτερα στην επιφάνεια του λόγω της περιστροφής του. Έτσι δημιουργήθηκε μια αστάθεια, με αποτέλεσμα το σώμα αυτό να αρχίσει να επιμηκύνεται μέχρι που διασπάστηκε σε δυο ξεχωριστά σώματα. 

3. Η Γη και η Σελήνη δημιουργήθηκαν στην περιοχή που είναι τώρα ανεξάρτητα η μία από την άλλη, από το ίδιο πρωταρχικό ηλιακό νεφέλωμα (όπως και οι άλλοι πλανήτες), αλλά από δύο διαφορετικούς πυρήνες. Αλλά η διαφορετική σύσταση των δυο σωμάτων, κάνει την θεωρία αυτή αδύνατη.

4. Η θεωρία που σήμερα είναι η επικρατέστερη, σύμφωνα με τα δεδομένα που προέκυψαν από τις αποστολές του Απόλλων, είναι η εξής: Η Γη πριν 4,5 δισ. χρόνια συγκρούστηκε με έναν πλανήτη της τάξεως μεγέθους του Άρη, που ονομάστηκε Θεία ή Ορφέας από κάποιους άλλους. Από τη σύγκρουση αυτή, από ένα κομμάτι του πλανήτη σχηματίστηκε η Σελήνη, η οποία δεσμεύτηκε από το βαρυτικό πεδίο της Γης.  Το όνομα Θεία προέρχεται από  την ελληνική μυθολογία, και ήταν μία από τους Τιτάνες που γέννησε τη Σελήνη.
   Η υπόθεση αυτή για πρώτη φορά δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Ίκαρος το 1975 από τους William Hartmann και Donald Davis. Η άποψη αυτή προϋποθέτει ότι η Θεία βρισκόταν σε ένα σημείο Lagrang σχετικά με τη Γη, δηλαδή σε σχεδόν ίδια τροχιά και περίπου 60ο μπροστά ή πίσω από αυτήν. Όταν ο πρωτοπλανήτης Θεία απέκτησε, περίπου, το μέγεθος του Άρη, το μέγεθός της ήταν πάρα πολύ βαρύ για τη θέση της (συγκρίσιμη με τους αστεροειδείς Τρώες στην τροχιά του Δία) για να είναι σταθερό. Κατά συνέπεια, η γωνιακή απόστασή της από τη Γη συνεχώς άλλαζε όλο και περισσότερο έως ότου χτύπησε τελικά το λειωμένο πλανήτη μας.
   Επίσης, σύμφωνα με αυτήν την υπόθεση, πριν 4.533 δισεκατομμύρια έτη - δηλαδή ακριβώς 34 εκατομμύρια χρόνια αφότου σχηματίστηκε η Γη, η Θεία χτύπησε τη Γη υπό μια πλάγια γωνία και καταστράφηκε. Το μεγαλύτερο μέρος του μανδύα της Θείας και μια σημαντική μερίδα του γήινου πυριτικού μανδύα ρίχτηκε στο διάστημα. Οι σημερινές εκτιμήσεις - βασισμένες στις προσομοιώσεις σε υπολογιστές ενός τέτοιου γεγονότος - προτείνουν ότι περίπου το 2% της αρχικής μάζας της Θείας κατέληξε να γίνει συντρίμμια αλλά σε τροχιά, και το ήμισυ συγχωνεύτηκε με το φεγγάρι μεταξύ 1 και 100 χρόνια μετά από τη σύγκρουση. Οποιαδήποτε αρχική περιστροφή και κλίση να είχε η πρωτο-Γη πριν από τη σύγκρουση, μετά από αυτήν θα είχε μια ημέρα για μια περιστροφή πέντε ωρών, και ο γήινος ισημερινός θα ήταν τώρα πιο κοντά στο επίπεδο της τροχιάς του φεγγαριού.

Η εικόνα της Σελήνης

Στο ορατό μέρος της Σελήνης, η οποία πάντα μας στρέφει την ίδια πλευρά, βρίσκονται και μεγάλες επίπεδες περιοχές, τις οποίες ονομάσαμε Θάλασσες ή Ωκεανούς, παρόλο που δεν περιέχουν ίχνος νερού. Φαίνεται πως έχουν σχηματιστεί από βασαλτική λάβα, κάτι που σημαίνει πως παλαιότερα υπήρχε ηφαιστειακή δράση. Τέλος, πρέπει να σημειωθεί η Σελήνη δεν είναι σεισμικά ήρεμη, αφού δημιουργούνται σεισμοί τόσο στην επιφάνεια όσο και σε μεγαλύτερα βάθη.

Η χημική σύσταση του σεληνιακού εδάφους παρουσιάζει ομοιότητες με αυτού της Γης, ενώ, οι μέχρι τώρα έρευνες, δεν βρήκαν ενδείξεις κάποιας μορφής ζωής.

Ενδιαφέρον, τέλος, παρουσιάζουν οι ενδείξεις που έχουμε για την ύπαρξη πάγου από νερό στους δύο σεληνιακούς πόλους, όπως προέκυψε από τις τελευταίες αποστολές στη Σελήνη.

Από το δορυφόρο Clementine αναλύθηκαν τα χαρακτηριστικά της ανάκλασης των ραδιοκυμάτων, από την επιφάνεια των πόλων και βρέθηκαν να είναι παρόμοια με αυτά της ανάκλασης ραδιοκυμάτων από πάγο. Επίσης από μια άλλη αποστολή, εκείνη της Lunar Prospector, έδειξαν πως υπάρχουν σημαντικές ποσότητες υδρογόνου συγκεντρωμένες στους πόλους. Το υδρογόνο αυτό μπορεί να ανήκει σε υδάτινο πάγο. Μπορεί όμως και να προέρχεται από την απορρόφηση του ηλιακού ανέμου από το σεληνιακό έδαφος. Έτσι, αν και οι νέες μετρήσεις έδωσαν ισχυρότερες ενδείξεις για το θέμα της ύπαρξης πάγου στη Σελήνη, δεν επαλήθευσαν τις προηγούμενες παρατηρήσεις, και έτσι, το θέμα βρίσκεται ακόμη υπό διερεύνηση.

Η επιβεβαίωση της ύπαρξης πάγου στον δορυφόρο μας είναι ένα γεγονός ιδιαίτερα μεγάλης αξίας, καθώς θα έδινε το έναυσμα για την εφαρμογή σχεδίων που προβλέπουν την εγκατάσταση μόνιμης σεληνιακής αποικίας.

Το πιο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό της Σελήνης είναι ότι η περίοδος περιφοράς της γύρω από τον πλανήτη μας είναι η ίδια με την περίοδο περιστροφής της γύρω από τον άξονά της. Έτσι, μας δείχνει πάντα την ίδια πλευρά της. Από την πλευρά ενός παρατηρητή της Γης η Σελήνη έχει μια ορατή και μια αόρατη πλευρά. Το φαινόμενο αυτό του συγχρονισμού δηλαδή της ιδιοπεριστροφής της με την περιφορά της γύρω από την Γη ονομάζεται παλιρροιακός συντονισμός. Όμως, υπάρχει εδώ μια παρεξήγηση για την σκοτεινή και την φωτεινή πλευρά της. Δηλαδή, δεν υπάρχει καμία πλευρά της Σελήνης που να είναι μονίμως σκοτεινή ή φωτεινή. Αφού η Σελήνη περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό της και ο χρόνος αυτός δεν έχει καμία σχέση με την διάρκεια της περιφοράς της Γης γύρω από τον Ήλιο, τότε όλες οι πλευρές της κάποια στιγμή γυρνάνε προς τον Ήλιο και φωτίζονται από αυτόν. Άρα, δεν υπάρχει μόνιμη σκοτεινή πλευρά της Σελήνης.

Οι φάσεις της Σελήνης