بررسی تئوری برخورد سیاره به زمین

نظریه‌ی برخورد بزرگ (giant impact hypothesis) بیان می‌دارد که ماه از باقیمانده‌های حاصل از برخورد بین زمین و جسمی به اندازه‌ی مریخ، در حدود چهار و نیم میلیارد سال پیش تشکیل شده است. جسمی که به زمین برخورد کرده را بعضی اوقات تئا (Theia) می‌نامند؛ از آن رو که تئا، تیتان اسطوره‌های یونانی ما و زندگی بخشنده به سلن-خدای ماه-است. نظریه‌ی برخورد بزرگ، یکی از نظریه‌های علمی‌ای است که در حال حاضر برای شکل‌گیری ماه پذیرفته شده است. شواهدی که این نظریه را توجیه می‌کنند عبارتند از: جهت خاص حرکت وضعی زمین و حرکت مداری ماه نمونه‌هایی از سنگهای ماه که نشان می‌دهند روزی سطح ماه مذاب بوده هسته‌ی به نسبت کوچک آهنی ماه، چگالی کوچکتر ماه در مقایسه با زمین شواهدی از برخوردهای مشابه در دیگر سیستم‌های ستاره ای (که دیسک‌های برافزایشی را ایجاد می‌کنند) و برخوردهای بزرگی که در نظریات شکل‌گیری منظومه شمسیوجود دارند. البته با این وجود حتی درباره‌ی بهترین مدلهای برخورد بزرگ نیز سوالهایی بی پاسخ باقی می‌مانند. انرژی زیاد حاصل از چنین برخوردی زمین را به حدی گرم می‌کند که اقیانوسی از ماگما در سطح آن شکل بگیرد؛

اما هنوز شواهدی از ته نشین شدن عناصر سنگین‌تر به سمت جبه‌ی زمین که نتیجه‌ی ذوب سطحی است، به دست نیامده است. در حال حاضر هیچ مدل یکپارچه و کارآمدی که مراحل تحول قرص غبار اطراف زمین که پس از برخورد شکل گرفته است تا شکل گیری یک جرم واحد (ماه) را توصیف کند، وجود ندارد. سوالات دیگری که باقی می‌مانند شامل موارد زیر نیز می‌شوند: چه زمانی و چگونه ماه ذخیره‌ی عناصر فرار خود را از دست داد؟ چرا سیاره‌ی زهره که خود نیز در طول شکل گیری برخوردهای بزرگی از این دست را تجربه کرده، اکنون هیچ قمری ندارد؟ تاریخ مدل در سال 1898، جورج داروین نخستین کسی بود که پیشنهاد داد در ابتدا، زمین و ماه یک جسم بوده‌اند. نظریه‌ی داروین این گونه شکل‌گیری ماه را توجیه می‌کرد که ماه مذاب، به دلیل نیروی مرکزگریز حاصل از چرخش سریع زمین به دور خود، از آن به بیرون پرتاب شده است؛ و این توجیه برای شکل‌گیری ماه، در بیشتر مجامع علمی پذیرفته شد. با استفاده از مکانیک نیوتونی، داروین محاسبه کرد که ماه در گذشته به زمین نزدیک‌تر بوده و از آن دور می‌شود. این دور شدن تدریجی در آینده توسط آزمایشات شوروی و آمریکا با کارگذاشتن لیزر روی سطح ماه، اثبات

اما، محاسبات داروین نتوانست مکان کنونی ماه را به درستی توجیه کند؛ به عبارت دیگر با دنبال کردن مسیر ماه در جهات عکس، نمی‌توانست آن را تا رسیدن به سطح زمین دنبال کند. در سال 1946، رجینالد آلدوورث دالی از دانشگاه هاروارد، با نظریه‌ی داروین مخالفت کرد، و نظریه‌ی خود را که به جای نیروی گریز از مرکز بر اساس یک برخورد بزرگ استوار بود مطرح کرد. توجه کمی به نظریه‌ی پروفسور دالی شد، تا آن که در کنفرانسی در خصوص اقمار در سال 1974 این نظریه بار دیگر مطرح شد و در سال 1975 توسط دکتر ویلیام ک. هارتمن و دونالد آر. دیویس در نشریه‌ی علمی ایکاروس به چاپ رسید و مورد بحث و بررسی قرار گرفت. مدل آنها پیشنهاد می‌کند که در روزهای پایانی شکل گیری منظومه شمسی، تعداد زیادی اجرام به اندازه‌ی اقمار، در فضای میان سیاره ای سرگردان بودند، و می‌توانستند با سیارات برخورد کنند یا توسط آنها به دام بیفتند. آنها پیشنهاد کردند که احتمالا یکی از این اجرام با زمین برخورد کرده، مقدار زیادی از مواد با ترکیبات شیمیایی فرار اندک را از آن به بیرون پرتاب کرده و این مواد پس از برافزایش دوباره، ماه را تشکیل داده‌اند. این برخورد به تنهایی می‌تواند بسیاری از ویژگی‌های منحصر به فرد زمین‌شناختی و شیمیایی ماه را توجیه کند

رویکرد مشابهی توسط منجم کانادایی آلاستیر جی. دبلیو. کامرون و منجم آمریکایی ویلیام آر. وارد اتخاذ شد؛ نظریه‌ی آنها بیان می‌کرد ماه از باقیمانده‌ی حاصل از برخورد مماسی جسمی هم اندازه‌ی مریخ با زمین تشکیل شده است. همچنین در این نظریه مطرح شده که تقریبا تمام پوسته‌ی سیلیکاتی جسم برخوردکننده تبخیر شده، در صورتی که هسته‌ی آهنی آن باقیمانده است. در نتیجه مقادیر زیادی از موادی که به مدار فرستاده شده، سیلیکات بوده است و در نتیجه ماه از نظر عناصر آهنی فقیر است. همچنین در پی این برخورد، اغلب مواد فرار از منظومه شمسی فرار کرده‌اند

تئا نام پیش سیاره ای که با زمین برخورد کرده است، از اسطوره‌ی یونانی -تئا- برداشت شده که یکی از تایتان‌ها بوده و به سلن -خدایگان ماه- زندگی بخشیده است. این نام نخستین بار توسط زمین-شیمی‌دان انگلیسی، آلکس ن. هالیدی، در سال 2000 پیشنهاد شد و در مجامع علمی پذیرفته شد. بر طبق نظریات شکل‌گیری سیارات نوین، تئا یکی از اجسامی بود که در چهار و نیم میلیارد سال پیش در منظومه شمسی سرگردان بودند و اندازه‌ای تقریبا به اندازه‌ی مریخ داشتند. یکی از نکات جالب توجه درباره‌ی این نظریه، این است که شکل‌گیری ماه را به شکل‌گیری زمین مرتبط می‌سازد و حتی شاید این برخورد بزرگ، یکی از چند برخورد بزرگی بوده که زمین به خود دیده و احتمالا آخرین آنها بوده است. مدل اساسی برخورد منجمان معتقدند که برخورد بین زمین و تئا حدود 4.53 میلیارد سال پیش، یعنی حدود 30 تا 50 میلیون سال پس از آغاز شکل‌گیری منظومه شمسیاتفاق افتاده است. در ابعاد نجومی، این برخورد در سرعت‌های متوسط اتفاق افتاده است. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای این برخورد، زاویه‌ای حدود 45 درجه و سرعت اولیه‌ای حدود km/s 4 را پیشنهاد می‌کنند.