جواب به یک سوال به ظاهر ساده؛ ماه چگونه به وجود آمد؟

در این گزارش به چهار نظریه اصلی در مورد چگونگی شکل‌گیری ماه پرداخته شده است و این که چرا کلید کشف حقیقت می‌تواند در اعماق سیاره ما نهفته باشد.

۱. ماه پس از سرگردانی در کنار زمین، در مدار آن اسیر شد

براساس این نظریه، ماه مانند یک سیارک غول‌پیکر در جهان سرگردان بود تا اینکه یک روز از مجاورت زمین گذشت و در مدارش گرفتار شد و از آن زمان تاکنون با آن باقی مانده است.

این اصلا غیر ممکن نیست. از این گذشته، تصور می‌شود که قمر‌های «فوبوس» (Phobos) و «دیموس» (Deimos) مریخ نیز به همین صورت شکل گرفته باشند.

با وجود این، در مورد زمین، نظریه تسخیر بسیار بعید است. یک دلیل این است که ماه ما بسیار بزرگ و تقریبا به اندازه مریخ است. «سارا راسل» (Sara Russell) استاد علوم سیاره‌ای در «موزه تاریخ طبیعی لندن» گفت: احتمال برخورد یک جرم در آن اندازه به سیاره ما بیشتر است تا اینکه فقط در مدار سرگردان شده باشد.

نمونه‌های ماه که در طول مأموریت‌های «آپولو» (Apollo) به دست آمدند، شکست نهایی این فرضیه را به همراه داشتند. دانشمندان، ساختار ایزوتوپی این نمونه‌ها را تحلیل کردند. ایزوتوپ‌ها، انواعی از اتم‌ها هستند که عملکرد شیمیایی یکسانی دارند، اما تعداد نوترون‌های متفاوتی را حمل می‌کنند. راسل گفت: ما از ایزوتوپ‌ها به عنوان اثر انگشت‌هایی استفاده می‌کنیم که بسیار متمایز هستند.

وقتی سنگ‌های فضایی به طور مستقل تشکیل می‌شوند، تشخیص دادن آن‌ها با ایزوتوپ‌ها آسان است. به عنوان مثال، یک سنگ مریخ با سنگ زمین متفاوت است، اما به نظر می‌رسد ماه از همان ایزوتوپ‌های زمین تشکیل شده است.

راسل گفت: این بدان معناست که آن‌ها احتمالا به نحوی از نظر ژنتیکی به هم مرتبط هستند، زیرا هر جرم دیگری در منظومه شمسی دارای امضای ایزوتوپی متفاوتی است.

۲. ماه در کنار زمین شکل گرفت

فرضیه «برافزایش» (Accretion) ماه را به تولد زمین پیوند می‌دهد. این نظریه نشان می‌دهد که هر دو جرم در حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش از یک ابر غبار کیهانی پدید آمده‌اند.

براساس این نظریه، زمین یک دو قلوی حریص‌تر بوده و مواد بیشتری را در طول برافزایش اولیه‌اش به سمت خود کشیده که این موجب شده است اندازه بزرگ‌تر، هسته مذاب‌تر و گرانش قوی‌تری داشته باشد. بنابراین، ماه به مدار زمین کشیده شد.

مشکل اینجاست که اگرچه ماه و زمین ایزوتوپ‌های مشترک دارند، اما نحوه قرار گرفتن آن‌ها در کنار هم بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، ماه از سدیم و آهن بسیار کمتری نسبت به زمین تشکیل شده است.

راسل گفت: معمولا انتظار دارید که اگر یک مخلوط مواد از همان ابر تشکیل شود، تقریبا به ترکیب مشابهی برسد و احتمالا کوچکتر باشد، اما در واقع کاملا متفاوت است.

۳. ماه یک کُره از مواد بود که هنگام آغاز چرخش زمین فروریخت

نظریه سوم شکل‌گیری همراه همیشگی ما چندان تملق‌آمیز نیست. این نظریه استدلال می‌کند که ماه فقط به کمی چربی اضافی شباهت دارد که زمین آن را در اوایل زندگی خود ریخته است.

براساس این نظریه، زمانی که زمین شروع به چرخش سریع‌تر کرد، بخشی از مواد آن جدا شد و سپس به طور معجزه‌آسایی دقیقا در جایی متوقف شد که برای ایجاد یک جرم در مدار زمین لازم بود.

فیزیک با این نظریه موافق نیست. راسل گفت: ریخته شدن چنین توده سنگی بسیار دشوار است. مهم نیست که سیاره در آن زمان چقدر سریع می‌چرخید. ممکن است این اتفاق برای یک سیارک رخ دهد، اما برای جرمی به بزرگی سیاره ما ممکن نیست.

یکی دیگر از مسائل مربوط به نظریه سوم این است که ماه به احتمال زیاد به سمت خورشید پرواز کرده یا به زمین بازگشته است؛ نه این که در مدار بماند.

۴. یک سیاره هم‌اندازه مریخ به زمین اولیه برخورد کرده است

رد کردن این نظریه‌ها، ما را با آخرین فرضیه باقی می‌گذارد که نظریه «ضربه بزرگ» است. اگرچه این نظریه بیشترین پشتوانه علمی را دارد، اما مسلما بیشترین جهش تخیل را می‌طلبد.

این نظریه می‌گوید که حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش، سیاره‌ای به اندازه مریخ به نام «تیا» (Theia) با زمین جدیدی که به تازگی شروع به برافزایش کرده بود، برخورد کرد. برخورد بین دو سیاره، انفجار مهیبی را پدید آورد که ۱۰۰ میلیون برابر بزرگ‌تر از ضربه عامل انقراض دایناسور‌ها بود.

براساس این نظریه، ضربه آن قدر مهیب بود که تیا مقداری از مواد زمین را به فضا پرتاب کرد و این مواد در نهایت به ماه تبدیل شدند. تیا با ذوب شدن در میان سنگ‌های مذاب که در نهایت به زمین و ماه امروز تبدیل شدند، ناپدید شد. بنابراین، تفاوت ظریف بین زمین و ماه را می‌توان با موضوع تغذیه تیا از گوشته زمین و دوری کردن از هسته آهنی آن توضیح داد. راسل باور دارد که این می‌تواند توضیح دهد چرا ماه بسیار فقیر از آهن است. به گفته ناسا، کل فرآیند ممکن است تنها چند ساعت طول کشیده باشد.

اگر چه این امر دور از ذهن به نظر می‌رسد، اما به لطف نمونه‌های آپولو، به سرعت به نظریه اصلی پیرامون چگونگی شکل‌گیری ماه تبدیل شده است. راسل گفت: این یکی از پیروزی‌های مطلق ماموریت‌های آپولو است. پیش از آپولو، مردم هیچ سرنخی در مورد این موضوع نداشتند که کدام یک از این مدل‌ها علت شکل‌گیری ماه بوده است. آپولو به وضوح نشان داد که ماه آن قدر شباهت‌های زیادی به این نظریه دارد که باید به نوعی با آن مرتبط باشد.

در هر حال، نظریه ضربه بزرگ خالی از اشکال نیست. ما هیچ ایده‌ای نداریم که تیا از کجا آمده و این سیاره هیچ مدرکی از خود به جا نگذاشته است.

احتمال دیگر این است که تیا تقریبا دوقلوی زمین بوده که در همان گوشه از منظومه شمسی ایجاد شده است.

دانشمندان برای بررسی کردن این نکات ظریف نظریه ضربه بزرگ تلاش می‌کنند. مدل‌سازی می‌تواند زاویه برخورد تیا با زمین و نحوه ترکیب شدن مواد آن با گوشته زمین را بررسی کند.

یک پژوهش جدید نشان می‌دهد تکه‌هایی به اندازه یک قاره که از یک سیاره بیگانه آمده‌اند، ممکن است در اعماق سیاره ما پنهان شده باشند و بتوانند ساختار‌های عجیبی را که به نظر می‌رسد هسته زمین را احاطه کرده‌اند، توضیح دهند. «هونگپینگ دنگ» (Hongping Deng) استاد فیزیک محاسباتی «آکادمی علوم چین»، شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای را اجرا کرد تا ۱۰۰ میلیون ذره به‌جامانده از لحظه برخورد تیا به زمین را تا میلیون‌ها سال بعد از آن به صورت مجازی ردیابی کند.

دانشمندان با استفاده از این شبیه‌سازی‌ها توانستند نشان دهند که برخی از قطعات تیا - تقریبا دو درصد از کل جرم زمین – ممکن است درون سیاره ما زنده مانده و به آرامی در گوشته فرو رفته باشند.

بازگشت انسان به ماه

با تحقق یافتن رویای بازگشت انسان‌ها به ماه، آن‌ها می‌توانند نمونه‌های گرانبهایی را از ماه به زمین بیاورند.

مجموعه‌ای از ماموریت‌های برنامه‌ریزی‌شده آینده به ماه، از جمله ماموریت «آرتمیس» (Artemis) ناسا برای بردن فضانوردان به سطح ماه برای اولین بار در بیش از ۵۰ سال گذشته نیز می‌توانند فرصت‌هایی را برای آوردن نمونه‌های بیشتری از ماه به زمین فراهم کنند.

راسل گفت: همه در حال حاضر درباره آرتمیس و تلاش‌های ناسا و آژانس فضایی اروپا برای بازگشت به ماه هیجان‌زده هستند. نکات بسیاری وجود دارد که آن‌ها را حدود یک دهه آینده خواهیم فهمید.