شواهد جدید نشان می‌دهند ماه زمانی بخشی از زمین بود

دقیقاً ۴/۵ میلیارد سال پیش، نسخه‌ی آغازین زمین پوشیده از گدازه‌های مذاب بود. زمین که به‌سختی ماهیت جدید خود را یافته بود، با جرمی کوچک‌تر تقریباً هم‌اندازه با مریخ به نام تیا برخورد کرد. تیا بر اثر این برخورد قطعه قطعه شد؛ از طرفی توده‌ی عظیمی از زمین هم به داخل فضا پرتاب شد.

کشش گرانشی توده‌ی جداشده آن را در مدار زمین گرفتار کرد. به طرز شگفت‌انگیزی در بازه‌ی زمانی نسبتاً کوتاهی نزدیک به کمتر از ۱۰۰ سال، بخشی از توده‌های ماده به یکدیگر چسبیدند و ماه را شکل دادند. این فرضیه یکی از فرضیه‌های محبوب برای منشأ شکل‌گیری ماه است. گرچه شواهد جدید نشان می‌دهند ماه از سنگ‌ریزه‌های حاصل از برخورد کیهانی زمین و تیا در میلیاردها سال پیش تشکیل شد. کشف گازهای مشخصی داخل ماه این ایده را تقویت می‌کنند و همچنین جزئیات بیشتری را درباره‌ی چگونگی این اتفاق ارائه می‌دهند.

پاتریزیا ویل در حین تکمیل دکترای خود در مؤسسه‌ی فدرال فناوری سوئیس در زوریخ (ETH) به مطالعه‌ی شش شهاب‌سنگی پرداخت که توسط ناسا در اوایل دهه‌ی ۲۰۰۰ میلادی از قاره‌ی جنوبگان بازیابی شده بود. او و همکارانش در این سنگ‌ها به ردهایی از هلیوم و نئون رسیدند که در گوی‌های شیشه‌ای کوچک به دام افتاده بودند، این گوی‌ها در فوران‌های آتشفشانی سطح ماه بر اثر بالا آمدن ماگما شکل گرفتند. گازهای هلیوم و نئون، به‌ندرت واکنش می‌دهند و به همین دلیل به گازهای نجیب معروف هستند. منشأ اصلی این گازها زمین است و احتمالاً ماه هم آن‌ها را از زمین به ارث برده است. این پژوهش در مجله‌ی Science Advances منتشر شد.

پژوهش‌های قبلی به فرضیه‌ی برخورد عظیم اشاره کردند. سنگ‌های قمری شباهت زیادی به سنگ‌های زمین دارند و همین شباهت دلیلی بر منشأ مشترک است. بااین‌حال این سنگ‌ها دارای تفاوت‌های کلیدی با یکدیگر هستند. برای مثال سنگ‌های قمری دارای نسخه‌ی سبک‌تری از کلرین هستند که همین مسئله به رویداد اولیه‌ی چشمگیری در تاریخ دو دنیا اشاره دارد که باعث جداسازی برخی مواد شد. اغلب دانشمندان بر این باورند که رویداد یادشده برخوردی عظیم بوده است. سوجو موخوپادیای، ژئوشیمی‌دان دانشگاه کالیفرنیا که در این پژوهش مشارکتی نداشته است، می‌گوید:

    ما همگی بر سر فرضیه‌ی برخورد عظیم توافق داریم. این فرضیه هنوز بهترین گزینه‌ی روی میز است.

به‌دنبال برخورد، دیسکی از مواد که بر اثر برخورد جابه‌جا شده‌ بودند احتمالاً دوناتی از سنگ‌های تبخیر شده موسوم به سینستیا با دمای هزاران درجه‌ی سانتی‌گراد را در اطراف زمین شکل دادند. حجم نئون و هلیوم کشف‌شده در نمونه‌های قمری تأییدی بر این فرضیه است که ماه در این سینستیا شکل گرفته است؛ زیرا فراوانی نسبی این گازها نشان می‌دهد از گوشته‌ی زمین برآمده‌اند و بر اثر برخورد به داخل فضا پرتاب شده‌اند. اگر این گازها به واسطه‌ی بادهای خورشیدی وارد ماه می‌شدند، انتظار می‌رفت مقدار بسیار کمتری از آن‌ها در شهاب‌سنگ‌ها وجود داشته باشند. بااین‌حال به گفته‌ی ری بورگس، ژئوشیمی‌دان دانشگاه منچستر: «تراکم‌ها بسیار پائین هستند و کشف آن‌ها دشوار است.»

ویل و همکاران او با استفاده از طیف‌سنج جرمی پیشرفته در آزمایشگاه گاز نجیب ETH زوریخ به کشف فوق رسیدند. این ابزار ازطریق اندازه‌گیری وزن مولکول‌های مستقل، محتوای یک ماده‌ی شیمیایی را آشکار می‌کند. ابزار یادشده در ETH زوریخ دارای بیشترین حساسیت برای بررسی هلیوم و نئون است. این دستگاه به پژوهشگرها امکان بررسی ترکیب گوی‌های شیشه‌ای موجود در شهاب‌سنگ‌ها را می‌دهد. این گوی‌ها با استفاده از انبرک‌های کوچک زیر میکروسکوپ جدا می‌شوند و ردهای کوچکی از هلیوم و نئون به دام‌افتاده را آشکار می‌کنند. اندازه‌ی هرکدام از گوی‌های شیشه‌ای به یک میلیونیم متر می‌رسد و بسیار کوچک هستند.

مرحله‌ی بعدی پاسخ به این پرسش بود که گازهای نجیب چگونه به زمین راه یافتند. دو احتمال اصلی وجود دارد: احتمالاً این گازها توسط دنباله‌دارها و سیارک‌ها به زمین آغازین آورده شدند یا زمین آن‌ها را از سحابی گاز و غبار اطراف خورشید جوان به داخل جو خود کشیده است. دانشمندان می‌خواهند برای پاسخ به این پرسش، به جستجوی گازهای نجیب جدیدی مثل کریپتون و زنون در شهاب‌سنگ‌های قمری بپردازند. بورگس می‌افزاید:

    ما کریپتون و زنون را در شهاب‌سنگ‌های دیگری که به زمین برخورد کردند جست‌وجو می‌کنیم. این قطعات سیارکی احتمالاً شامل عناصر سازنده‌ی حیات سیاره‌هایی مثل زمین هستند. اگر بتوانیم این گازها را در شهاب‌سنگ‌های قمری هم پیدا کنیم، با مقایسه‌ی ترکیب به شباهت آن‌ها پی می‌بریم.

دلیل بررسی سنگ‌های قمری به‌جای سنگ‌های روی زمین این است که این سنگ‌ها سوابق بهتری از تاریخ اولیه‌ی منظومه‌ی شمسی را در خود دارند. در‌صورتی‌که کریپتون و زنون کشف‌شده در شهاب‌سنگ‌های قمری مشابه نمونه‌های یافت‌‌شده از شهاب‌سنگ‌های دیگر باشند، این نظریه تقویت می‌شود که منشأ گازهای نجیب زمینی، سیارک‌ها و دنباله‌دارها بودند؛ وگرنه ایده‌ی سحابی تأیید می‌شود. همچنین، اگر هیچ کریپتون یا زنونی کشف نشود، معمای جدید دیگری به وجود خواهد آمد.

هنر بوسمان از ETH زوریخ و یکی از مؤلفان پژوهش از کشف آثار کریپتون و زنون در نمونه‌های شهاب‌سنگی قمری خبر داد اما این گروه هنوز از نتایج به‌دست‌آمده اطمینان ندارند. بوسمان بیان می‌کند: «هنوز نمی‌توانیم با قطعیت نظری بدهیم. باید به دقت بالاتری برسیم.»

یافتن گازهای نجیب در ماه می‌تواند اطلاعات زیادی را از محتوای آبی آن آشکار کند. اگر هیدروژن و نئون از فرایند شکل‌گیری متلاطم ماه جان سالم به در برده باشند، آب هم می‌تواند در داخل ماه وجود داشته باشد. همان‌طورکه شواهدی از آب منجمد در قطب‌های ماه کشف شدند، چنین آبی منبعی ارزشمند برای مأموریت‌های آینده‌ی ماه است.

بورگس بر این باور است: «اگر ماه مرطوب‌تر از تصورمان باشد، احتمال بیشتری برای یافتن منابع ارزشمند وجود خواهد داشت.» درنتیجه این احتمال وجود دارد که انواع زیادی از مواد شکل‌دهنده‌ی حیات از برخوردهای آغازین سیاره‌ای جان سالم به در برده باشند. ویل می‌گوید:

    می‌توانیم مدل‌های جدیدی را درباره‌ی فرایند شکل‌گیری سیاره‌ای در منظومه‌ی شمسی و فراتر از آن ایجاد کنیم؛ اما این فرایند تنها یک بخش از پازل شکل‌گیری حیات روی زمین و سیاره‌های دیگر است.