اختصاصی تابناک باتو ــ مطالعه جدید نشان میدهد که ماه احتمالا بلافاصله پس از یک برخورد فاجعهآمیز یک جسم کیهانی به سیاره زمین ـ که سبب جدا شدن و به فضا پرتاب شدن تکهای از زمین شده ـ شکل گرفته باشد.
از اواسط دهه ۱۹۷۰، اخترشناسان فکر میکردند ماه میتواند در اثر برخورد یک پیش سیاره باستانی به اندازه مریخ به نام Theia به زمین ایجاد شده باشد. این برخورد عظیم احتمالا سبب ایجاد تکههای عظیم و زیادی در فضا شده که از میان آنها تکهای به آرامی و طی هزاران سال، قمر سیاره زمین را شکل داده باشد.
اما بر اساس شبیهسازیهای ابررایانهای که با وضوح بالاتری نسبت به قبل انجام شده است، فرضیهی جدیدی شکل گرفته که بر مبنای آن شکلگیری ماه یک فرآیند آهسته و تدریجی نبوده و در عرض چند ساعت اتفاق افتاده است. دانشمندان یافتههای خود را در ۴ اکتبر در مجله The Astrophysical Journal Letters منتشر کردند.
جیکوب کگریس، کیهان شناس محاسباتی در دانشگاه دورهام در انگلستان، به لایو ساینس گفت: «چیزی که ما دریافتیم آن است که پیش بینی دقیق میزان وضوح مورد نیاز برای شبیه سازی کامپیوتری این برخوردهای شدید و پیچیده، بسیار دشوار است. پس، در زمینه شبیه سازی باید آنقدر به آزمایش ادامه دهید تا دیگر تغییر وضوح در نتیجه به دست آمده تفاوتی ایجاد نکند.»
دانشمندان پس از بازگشت ماموریت آپولو ۱۱ در ژوئیه ۱۹۶۹، ۴۷.۶ پوند (۲۱.۶ کیلوگرم) سنگ و غبار ماه را به زمین آوردند و بدین گونه بود که اولین سرنخها درباره تشکیل ماه کشف شد. نمونههای منتقل شده از ماه به آزمایشگاههای ناسا مربوط به حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش هستند که پیدایش ماه را در دورهی متلاطم تقریباً ۱۵۰ میلیون سال پس از شکلگیری منظومه شمسی نشان میدهد.
سرنخهای دیگر حاکی از آن هستند که قمر زمین در اثر برخورد شدید بین زمین و یک سیاره فرضی متولد شده است که دانشمندان آن را به نام اسطورهای یونانی Theia به معنای الهه ماه نامگذاری کردند. این شواهد شامل شباهتهایی در ترکیب سنگهای ماه و زمین، جهت گیری مشابه چرخش زمین و مدار ماه، تکانه زاویهای ترکیبی بالای دو جسم و وجود تکههای باقی مانده از این برخورد عظیم در مکانهای دیگر منظومه شمسی ما میشود.
اما اینکه دقیقاً این برخورد کیهانی چگونه انجام شده است، جای بحث دارد. فرضیه مرسوم حاکی از آن است که با برخورد تیا به زمین، تیا به میلیونها تکه شناور در فضا تبدیل شده است. بقایای شکسته تیا، همراه با برخی سنگهای تبخیر شده و گاز خارج شده از گوشته سیاره جوان ما، به آرامی با هم مخلوط شدند که بعدها کره مذاب ماه را ایجاد کردند. سپس، کره مذاب ماه در طی میلیونها سال به هم پیوسته و سرد شد.
با این حال برخی از بخشهای این برخورد عظیم همچنان مبهم باقی مانده است. یک سوال برجسته آن است که اگر ماه بیشتر از تیا ساخته شده باشد، چرا بسیاری از سنگهای آن شباهتهای شگفت انگیزی با سنگهای موجود در زمین دارند؟ برخی از دانشمندان پیشنهاد کردهاند که سنگهای تبخیر شده زمین نسبت به بقایای سنگهای تیا بیشتر در ساختار ماه قرار گرفته است. اما این ایده نیز سوالات دیگری را برانگیخت.
برای بررسی سناریوهای مختلف ممکن برای تشکیل ماه، نویسندگان در یک مطالعه جدید به یک برنامه کامپیوتری به نام SPH With Inter-dependent Fine-Grained Tasking (SWIFT) روی آوردند که برای شبیه سازی دقیق شبکه گرانشی پیچیده و همیشه در حال تغییر و نیروهای هیدرودینامیکی که بر روی مقادیر زیادی ماده عمل میکنند، طراحی شده است. انجام دقیق این کار یک کار محاسباتی ساده نبود؛ بنابراین دانشمندان از یک ابر رایانه با نام مستعار COSMA (مخفف "ماشین کیهان شناسی") در مرکز تحقیقات محاسبات پیشرفته (DiRAC) دانشگاه دورهام برای اجرای این برنامه استفاده کردند.
در این مطالعه شبیهسازی صدها برخورد زمین و تیا با زوایای مختلف در چرخش و سرعتهای مختلف با استفاده از COSMA ممکن شد. همچنین دانشمندان توانستند در نهایت پیامدهای انفجار کیهانی را با وضوح بالاتر از همیشه مدلسازی کنند. وضوح در این شبیه سازیها بر اساس تعداد ذرات مورد استفاده در شبیه سازی تنظیم میشود. به گفته کگریس، برای اثرات اجسام غول پیکر، وضوح استاندارد شبیه سازی معمولا بین ۱۰۰۰۰۰ تا ۱ میلیون ذره است، اما در مطالعه جدید او و همکارانش توانستند تا ۱۰۰ میلیون ذره را مدل کنند.
کگریس گفت: «با وضوح بالاتر، ما میتوانیم جزئیات بیشتری را مطالعه کنیم؛ این مسئله دقیقا مشابه آن است که یک تلسکوپ بزرگتر به شما امکان میدهد تا تصاویری با وضوح بالاتر از سیارات یا کهکشانهای دور را دریافت کنید. اما مسئله مهمتر آن است که استفاده از وضوح بسیار پایین در شبیه سازی میتواند پاسخهای گمراه کننده یا حتی سادهای به شما بدهد. اگر بخواهم با یک مثال ساده این موضوع را برای شما تشریح کنم باید بگویم که اگر شما با استفاده از قطعات آجرسازی بازی کودکان یک ماشین بسازید و آن را برای مدلسازی یک تصادف استفاده کنید، اطلاعات چندانی از نحوه وارد شدن نیروها نمیتوانید به دست آورید. اما اگر همین ماشین را با میلیونها قطعه لگو بسازید و آن را برای آزمایش یک تصادف به کار ببرید با نتایج دقیقتر و بیشتری از مدل آزمایش تصادف رو به رو خواهید شد. این دقیقا همان کاری است که ما در این مطالعه انجام دادیم.»
شبیه سازی با وضوح بالاتر نشان دادند، که ماه نه در هزاران سال، بلکه تنها در عرض چند ساعت از تکههای پرتاب شده زمین و تکههای متلاشی شده Theia تشکیل شده است. به بیان دیگر، این مطالعه سبب ایجاد فرضیهی جدیدی تحت عنوان تشکیل تک مرحلهای ماه شد که پاسخی تمیز و ظریف به ویژگیهای قابل مشاهده ماه مانند مدارعریض و کج شده آن، قسمت مذاب داخلی و پوسته نازک آن ارائه میدهد.
با این حال، محققان باید نمونههای سنگ و غبار حفاری شده از اعماق زیر سطح ماه را قبل از اینکه بتوانند میزان مخلوط بودن گوشته آن را تایید کنند، بررسی کنند. این کار یکی از ماموریتهای آتی آرتمیس ناساست که احتمالا در سالهای آینده انجام خواهد شد.
کگریس میگوید: «نمونههای بیشتر از سطح ماه میتواند برای انجام اکتشافات جدید و مطمئنتر درباره ترکیب و تکامل ماه بسیار مفید باشد. ماموریتها و مطالعاتی مانند ماموریت آرتمیس و بسیاری دیگر پیوسته به ما کمک میکنند تا احتمالات بیشتری را رد و تاریخ واقعی تشکیل ماه و زمین را پیدا کنیم و حتی در مورد چگونگی تشکیل سیارات در سراسر منظومه شمسی و فراتر از آن به کاوش بپردازیم.»
چنین تحقیقاتی همچنین میتواند چگونگی شکل گیری زمین و تبدیل شدن آن به سیارهای برای حیات را نیز روشن کند.
وینسنت اکه، یکی از نویسندگان این مطالعه و استادیار فیزیک دانشگاه دورهام، در بیانیهای گفت: «هرچه بیشتر در مورد چگونگی پیدایش ماه بیاموزیم، بیشتر در مورد تکامل زمین خودمان کشف میکنیم، زیرا تاریخ و قدمت این دو در هم تنیده شده است.»
