یک پژوهش تازه نشان می‌دهد که جرم سیاره‌ای تیا (Theia)، همان جسمی که حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش با زمین اولیه برخورد کرد و باعث شکل‌گیری ماه شد، در بخش درونی منظومه شمسی به وجود آمده و حتی از زمین به خورشید نزدیک‌تر بوده است. این کشف به دانشمندان کمک می‌کند منشأ مواد تشکیل‌دهنده زمین و ماه و شرایط اولیه شکل‌گیری ماه را بهتر درک کنند.
بر اساس فرضیه برخورد عظیم (Giant Impact Hypothesis)، تیا جرمی به اندازه مریخ بود که با زمین اولیه برخورد کرد. این برخورد، بخش‌هایی از مواد تیا و زمین را به فضا پرتاب کرد و در نهایت توده‌ای از خرده‌سنگ‌ها و مواد پراکنده شکل گرفت که ماه از آن به وجود آمد. هرچند تیا در این فرایند نابود شد، ردپای آن همچنان در ترکیب شیمیایی زمین و ماه باقی مانده است. با این حال، منشأ، ترکیب و اندازه دقیق این جرم تا امروز پرسش‌برانگیز بوده است.
بررسی ردپای شیمیایی مادر ماه
برای پاسخ به این پرسش‌ها، پژوهشگران مؤسسه پژوهش‌های منظومه شمسی ماکس پلانک (Max Planck Institute for Solar System Research) در آلمان و دانشگاه شیکاگو (University of Chicago)، نسبت‌های ایزوتوپی آهن و سایر عناصر را در ۱۵ نمونه سنگ زمینی، شش نمونه سنگ ماه که مأموریت آپولو به زمین آورده بود و چند شهاب‌سنگ بررسی کردند. این «اثر انگشت ایزوتوپی» به دانشمندان امکان می‌دهد تا منشأ و تاریخچه‌ی شکل‌گیری این مواد را شناسایی کنند.
این مطالعه که در مجله Science منتشر شده، به دو نتیجه کلیدی رسیده است:
- تیا بخشی از منظومه شمسی درونی بوده است.
- این جرم احتمالاً نزدیک‌تر از زمین به خورشید شکل گرفته است.
ایزوتوپ‌ها، اتم‌هایی از یک عنصر با تعداد نوترون متفاوت، نشانگرهای منحصربه‌فردی از منشأ و تاریخچه مواد تشکیل‌دهنده اجرام آسمانی هستند. به کمک آن‌ها می‌توان فهمید هر سیاره یا قمر از چه ترکیب‌هایی ساخته شده و چه فرایندهایی بر آن اثر گذاشته است. پژوهش‌های پیشین نشان داده بودند که نسبت ایزوتوپ‌های کلسیم، زیرکونیوم، کرومیوم و تیتانیوم در زمین و ماه تقریباً یکسان است، اما این اطلاعات برای تعیین دقیق منشأ سیاره‌ای مانند تیا کافی نبود، زیرا نمی‌توانست تفاوت‌های جزئی ترکیبی یا مسیر شکل‌گیری آن را مشخص کند.
پیش از این پژوهش، مشخص نبود که منشأ تیا از اجرام کربن‌دار (carbonaceous) که معمولاً در نواحی بیرونی منظومه شمسی شکل می‌گیرند است یا از اجرام فاقد کربن (non-carbonaceous) در بخش داخلی آن. این ابهام باعث می‌شد دانشمندان نتوانند محل دقیق شکل‌گیری و مسیر تکاملی این سیاره اولیه را تعیین کنند.
منشأ تیا
نتایج تازه نشان می‌دهد که نسبت‌های ایزوتوپی آهن در زمین و ماه با محدوده اجرام فاقد کربن مطابقت دارد، همان اجرامی که نزدیک خورشید شکل گرفته‌اند. این یافته، نخستین مدرک قوی است که تأیید می‌کند تیا در بخش داخلی منظومه شمسی شکل گرفته است.
تیم پژوهشی با محاسبه سهم تیا در ترکیب شیمیایی زمین و ماه، نتیجه گرفت که این جرم سیاره‌ای در منطقه‌ای نزدیک‌تر به خورشید و نسبتاً گرم و خشک شکل گرفته است؛ منطقه‌ای که میزان آب و عناصر فرّار در آن کمتر بوده است.
تیمو هوپ (Timo Hopp)، نویسنده اصلی مقاله، توضیح می‌دهد که برخی مواد تشکیل‌دهنده تیا ممکن است با هیچ یک از شهاب‌سنگ‌های شناخته‌شده مطابقت نداشته باشند، زیرا احتمالاً این مواد در طول شکل‌گیری سیارات درونی مانند عطارد، زهره و زمین جذب یا مصرف شده‌اند. او می‌افزاید که شاید تنها با نمونه‌برداری مستقیم از عطارد یا زهره بتوان نشانه‌های بیشتری از این مخزن گمشده به دست آورد.
اهمیت ایزوتوپ‌ها
این پرسش مطرح میشود که چرا پژوهشگران نسبت‌های ایزوتوپی آهن در زمین و ماه را بررسی کردند؟ پاسخ این است که نسبت‌های ایزوتوپی آهن در شهاب‌سنگ‌های کربن‌دار و فاقد کربن با یکدیگر متفاوت هستند.
نتایج بررسی‌ها نشان داد که زمین و ماه در محدوده شهاب‌سنگ‌های فاقد کربن قرار دارند؛ یعنی همان اجرامی که در بخش داخلی منظومه شمسی شکل گرفته‌اند. بر این اساس، پژوهشگران نتیجه گرفتند که زمین و خواهر گمشده‌اش، ماه، عمدتاً از مواد موجود در بخش داخلی منظومه شمسی ساخته شده‌اند، چرا که این ناحیه محل شکل‌گیری چنین اجرامی است.
تیمو هوپ توضیح داد که پژوهشگران تصمیم گرفتند ترکیب ایزوتوپی آهن را بررسی کنند، زیرا آهن یکی از عناصر اصلی زمین و ماه است و بخش عمده‌ای از آن در هسته فلزی زمین و ماه قرار دارد.
چرا آهن مهم است؟
آهن یکی از عناصر اصلی زمین و ماه است و از آنجا که سیدروفیل (siderophile) محسوب میشود، تمایل دارد در هسته فلزی سیارات جمع شود. پژوهشگران می‌گویند بخش قابل‌توجهی از آهن موجود در گوشته زمین امروزی احتمالاً توسط تیا به آن افزوده شده است؛ بنابراین بررسی ایزوتوپ‌های آهن می‌تواند سرنخ دقیقی از منشأ این جرم سیاره‌ای ارائه دهد.
چرا ماه خشک‌تر از زمین است؟
اگر تیا در ناحیه‌ای نزدیک‌تر به خورشید شکل گرفته باشد، مواد تشکیل‌دهنده آن احتمالاً آب و گازهای فرّار کمی داشته‌اند. با این حال، پژوهشگران تأکید می‌کنند که خشکی ماه بیشتر نتیجه برخورد عظیم بین تیا و زمین است؛ برخوردی که بخش زیادی از آب و مواد فرّار را تبخیر کرد و باعث ذوب شدن گوشته زمین و ماه شد.
این مطالعه جدید تصویری روشن‌تر از منشأ ماه ارائه می‌دهد و نشان می‌دهد داستان تولد آن بسیار خشونت‌آمیزتر و پیچیده‌تر از چیزی است که در ظاهر دیده میشود. با یافتن ردپای تیا در ترکیب شیمیایی زمین و ماه، دانشمندان یک گام دیگر به بازسازی تاریخ اولیه منظومه شمسی نزدیک شده‌اند.
source
کلاس یوس