Η Σελήνη
Η Γη διαθέτει έναν ασυνήθιστα μεγάλο δορυφόρο για το μέγεθος και τη θέση της στο ηλιακό σύστημα, ωστόσο οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη κατανοήσει πλήρως πώς προέκυψε αυτός ο συνοδός πλανήτης. Τώρα, ερευνητές από το Southwest Research Institute (SwRI) και το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα χρησιμοποίησαν προηγμένες προσομοιώσεις σε υπολογιστή για να αποκαλύψουν σημαντικές διαφορές σχετικά με το τι μπορεί να συνέβη όταν ένα σώμα με μέγεθος αντίστοιχο του Άρη προσέκρουσε στη Γη, πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια.
Τα ευρήματα, τα οποία δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό *The Astrophysical Journal Letters*, λαμβάνουν υπόψη για πρώτη φορά την αντοχή των υλικών των δύο κόσμων που συγκρούστηκαν. Αυτή η παράμετρος θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες ανασυνθέτουν την πρόσκρουση που δημιούργησε τη Σελήνη και ενδέχεται τελικά να βοηθήσει στον ακριβέστερο προσδιορισμό του χρόνου κατά τον οποίο έλαβε χώρα η σύγκρουση.
«Ανακαλύψαμε ότι η προϋπάρχουσα γεωλογική σύσταση του πρωτο-δορυφόρου —που είχε μέγεθος αντίστοιχο του Άρη— παίζει σημαντικό ρόλο», δήλωσε η Adeene Denton, πρώην μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Lunar and Planetary Laboratory και νυν ερευνήτρια στο SwRI. «Όταν προσομοιώνεις τη Γη και τη Σελήνη ως σώματα που συγκρούονται και διαθέτουν γεωλογικές ιδιότητες, αλλάζει ο τρόπος σχηματισμού της Σελήνης από αυτή την πρόσκρουση — κάτι που παλαιότερα θεωρούσαμε περιττό να λάβουμε υπόψη».
Επανεξέταση της Γιγαντιαίας Πρόσκρουσης
Ένα από τα θεμέλια της υπόθεσης της γιγαντιαίας πρόσκρουσης τέθηκε με μια μελέτη του 2001 από τη Robin Canup, αντιπρόεδρο του Τμήματος Επιστήμης και Εξερεύνησης του Ηλιακού Συστήματος στο SwRI (στο Boulder του Κολοράντο), και τον Erik Asphaug, καθηγητή στο Lunar and Planetary Laboratory και συν-συγγραφέα της νέας έρευνας.
Σύμφωνα με το σενάριο της γιγαντιαίας πρόσκρουσεις. Εκείνες οι πρώιμες προσομοιώσεις, καθώς και πολλά μεταγενέστερα μοντέλα, δεν λάμβαναν υπόψη την αντοχή των υλικών στο εσωτερικό των σωμάτων που συγκρούονταν. Οι επιστήμονες είχαν υποθέσει ότι αυτή η ιδιότητα θα ασκούσε ελάχιστη επιρροή κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης, η οποία ήταν αρκετά ισχυρή ώστε να λιώσει και να εξατμίσει τεράστιες ποσότητες πετρωμάτων. Η Denton και οι συνεργάτες της εξέτασαν αυτή την υπόθεση χρησιμοποιώντας νεότερες υπολογιστικές τεχνικές που ενσωματώνουν τη γεωλογική αντοχή σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία.
«Επειδή η σύγκρουση θεωρούνταν αρκετά βίαιη ώστε να λιώσει και να εξατμίσει μεγάλα τμήματα της Γης και της Θείας, οι προηγούμενες μελέτες υπέθεταν ότι ήταν αποδεκτό να προσεγγίζονται αυτά τα σώματα ως ρευστό», δήλωσε ο Asphaug. «Ωστόσο, με βάση τα νέα μας αποτελέσματα, πιστεύουμε ότι ήρθε η ώρα να επανεξετάσουμε αυτή την άποψη».
Ενσωμάτωση Ρεαλιστικής Φυσικής των Πετρωμάτων
Για να επανεξετάσει τη σύγκρουση, η Denton χρησιμοποίησε μια πιο προηγμένη μορφή προσομοιώσεων υδροδυναμικής ομαλοποιημένων σωματιδίων (smoothed particle hydrodynamics - SPH), η οποία λαμβάνει υπόψη τη δομική αντοχή των εμπλεκόμενων σωμάτων.
«Αποδεικνύεται ότι η αντοχή του υλικού είναι πραγματικά σημαντική όταν μελετάμε συγκρούσεις μεταξύ μικρότερων σωμάτων, όπως αστεροειδείς, πλανήτες-νάνοι και φεγγάρια», δήλωσε η Denton, η οποία συνέλαβε την ιδέα εφαρμογής αυτής της έννοιας στη Σελήνη της Γης ενώ εργαζόταν σε προηγούμενη μελέτη σχετικά με τον σχηματισμό του συστήματος Πλούτωνα-Χάροντα. «Δεν ήμασταν σίγουροι αν αυτό θα είχε σημασία για τη Σελήνη μας. Όταν πραγματοποιήσαμε τις προσομοιώσεις, διαπιστώσαμε ότι όντως παίζει σημαντικό ρόλο».
Η προσέγγιση SPH που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα (U of A) και στο Πανεπιστήμιο της Βέρνης στην Ελβετία. Το μοντέλο αντοχής που διαθέτει επιτρέπει στα προσομοιωμένα πλανητικά σώματα να αντιστέκονται στην παραμόρφωση με τρόπους που αναμένονται από ρεαλιστικά γεωλογικά υλικά —συμπεριλαμβανομένων των πετρωμάτων και των μετάλλων που θα αποτελούσαν τη Θεία και την πρωτο-Γη, ή του στερεού πάγου.
Η Σελήνη Θα Μπορούσε να Σχηματιστεί Μέσα σε Λίγες Ώρες
Η θερμοκρασία αποδείχθηκε ιδιαίτερα σημαντικός παράγοντας. Τα θερμότερα πλανητικά σώματα έχουν μικρότερη αντοχή από τα ψυχρότερα, και οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η θερμοκρασία της Γης και της Θείας θα μπορούσε να μεταβάλει δραματικά την έκβαση της σύγκρουσής τους.
Σε ορισμένα σενάρια, καταστρέφεται και το υλικό της σχηματίζει έναν πρωτο-σεληνιακό δίσκο γύρω από τη Γη. Στη συνέχεια, η Σελήνη συγκροτείται σταδιακά από αυτά τα συντρίμματα. Υπό άλλες συνθήκες, ωστόσο, οι προσομοιώσεις καταλήγουν στον σχηματισμό μιας πλήρως ακέραιης Σελήνης μόλις λίγες ώρες μετά τη σύγκρουση.
Επειδή οι πρωτοπλανήτες ξεκινούν θερμοί και ψύχονται καθώς εξελίσσονται, αυτή Ανάλογα με το πόσο θερμά είναι η Γη και η Σελήνη πριν από τη σύγκρουση, η πρόσκρουση μπορεί να καταστρέψει τη Θεία και να δημιουργήσει αυτόν τον τεράστιο δίσκο συντριμμιών που «τελικά σχηματίζει τη Σελήνη», δήλωσε ο Denton. «Όμως, όταν χρησιμοποιήσαμε τις ίδιες παραμέτρους με τα αρχικά μοντέλα προσομοίωσης της πρόσκρουσης —συμπεριλαμβανομένων των πανομοιότυπων θερμικών δομών στο εσωτερικό και των δύο σωμάτων—, μέσα σε περίπου πέντε ώρες προέκυψε μια άθικτη Σελήνη».
Προηγούμενες προσομοιώσεις είχαν επίσης οδηγήσει στον σχηματισμό άθικτων σεληνών, αλλά η νέα μελέτη είναι η πρώτη που αποδεικνύει ότι η θερμοκρασία και η αντοχή των υλικών μπορούν να παίξουν καθοριστικό ρόλο στο αν η Σελήνη θα προκύψει σε μεγάλο βαθμό άθικτη ή αν θα σχηματιστεί αργότερα από υλικό ενός πρωτο-σεληνιακού δίσκου.
«Αυτά τα εντυπωσιακά και συναρπαστικά νέα αποτελέσματα υποδεικνύουν μια πιθανή σύνδεση ανάμεσα στα φυσικά χαρακτηριστικά της σημερινής Σελήνης —συμπεριλαμβανομένης ίσως της περιεκτικότητάς της σε πτητικά στοιχεία— και τη θερμική κατάσταση της Γης και της Θείας κατά τη στιγμή της γιγαντιαίας πρόσκρουσης», δήλωσε η Canup, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Αυτό, με τη σειρά του, θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πότε συνέβη το γεγονός σχηματισμού της Σελήνης».
Ένα Μεγάλο Μυστήριο Παραμένει
Οι νέες προσομοιώσεις δεν επιλύουν όλα τα ερωτήματα γύρω από την προέλευση της Σελήνης. Ένα ζήτημα που απασχολεί εδώ και καιρό τους επιστήμονες είναι η αξιοσημείωτη ομοιότητα μεταξύ των υλικών που απαρτίζουν τη Γη και τη Σελήνη. Όπως και με τα προηγούμενα μοντέλα, η εξήγηση του λόγου για τον οποίο τα δύο σώματα παρουσιάζουν τόσο μεγάλη ομοιότητα στη σύστασή τους παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα.
«Επειδή η Γη και ο Άρης σχηματίστηκαν στην ίδια γειτονιά του ηλιακού συστήματος, είναι σαν αδέλφια», είπε ο Denton. «Η Σελήνη και η Γη μοιάζουν περισσότερο με διζυγωτικά δίδυμα».
Μια πιθανότητα είναι ότι η Θεία και η πρωτο-Γη προέρχονταν από την ίδια περιοχή του ηλιακού συστήματος και, συνεπώς, σχηματίστηκαν από παρόμοια υλικά. Ο Άρης, ο οποίος έχει σύσταση διαφορετική τόσο από τη Γη όσο και από τη Σελήνη, ενδέχεται να σχηματίστηκε σε μεγαλύτερη απόσταση.
«Γνωρίζουμε πλέον ότι η γεωφυσική κατάσταση της Γης και της Θείας παίζει θεμελιώδη ρόλο στη διαμόρφωση της έκβασης της σύγκρουσης», δήλωσε η Namya Baijal, συν-συγγραφέας της μελέτης και υποψήφια διδάκτορας στην ομάδα του Asphaug. «Αυτό μας δίνει έναν νέο τρόπο να διερευνήσουμε τις συνθήκες της πρόσκρουσης και το τι θα μπορούσαν να αποκαλύψουν για την προέλευση της Σελήνης».
www.worldenergynews.gr
