آیا ماه از یک سیاره تبخیری به وجود آمده است؟

یکی از مناقشات مشهور اخترشناسان، چگونگی پیدایش ماه است، اما علی‌رغم دهه‌ها پژوهش به نظر نمی‌رسد که دانشمندان در این زمینه به توافق عامی دست یافته باشند. و اکنون دو اخترشناس نظریه‌ی جدیدی مطرح کرده‌اند. آن‌ها بر این باورند که ماه، از ابر غول‌پیکر دونات شکلی از جنس سنگ تبخیری پدید آمده است.

فرضیه‌ی پیشرو در مورد پیدایش ماه، مدل برخورد بزرگ است. بر اساس این فرضیه، ۴٫۵ میلیارد سال پیش، زمین جوان با سیاره‌ای به نام تئا (Theia) برخورد کرده و ماه پس از پرتاب به فضا در مدار زمین به دام افتاده است. گردوغبار حاصل از این برخورد که در اطرف زمین پخش شده‌اند، در نهایت دیسکی شکل داده‌اند که با کپه شدن تبدیل به ماه شده است. یافته‌های پژوهشی در سال ۲۰۱۴، نشان داد که اثرات سیاره‌ی فرضی تئا، در نمونه‌های ماه شناسایی شده‌اند و به پذیرفته شدن بیشتر فرضی‌هی برخورد بزرگ کمک کرد.

اما باوجود اینکه ماه و زمین به لحاظ ویژگی‌های شیمیایی به هم شبیه‌اند، اما تفاوت‌هایی هم دارند که توضیح آن‌ها تاکنون دشوار بوده است. اکنون، دو اخترشناس به نام‌های سارا استوارت و سیمون لاک، نظریه جدیدی در مورد شکل‌گیری قمر طبیعی زمین مطرح کرده‌اند که با الگوی دقیق ترکیبات ماه سازگار است. این دو اخترشناس، مقاله‌ی پژوهشی خود را به‌تازگی در نشریه‌ی Geophysical Research منتشر شده کرده‌اند.

فرضیه‌ی این دو اخترشناس، شامل یک نوع کاملا جدید جسم نجومی به نام سینستیا (Synestia) است. عبارت سینستیا، ترکیبی از Syn به معنای با هم و Hestia (هستیا) الهه یونانی آتشدان و معماری است. استوارت و لاک، فرضیه‌ی، سینستیا را برای اولین بار، در سال ۲۰۱۷ پیشنهاد داده بودند.

سیمون لاک، از دپارتمان علوم سیاره‌ای و زمین دانشگاه هاروارد، و یکی از دو نویسنده‌ی اصلی این پژوهش، گفت:

نظریه‌ی رایج پذیرفته شده در مورد نحوه‌ی تشکیل ماه، این است که جرم دیگری به اندازه مریخ با زمین برخورد کرده است و مواد تشکیل‌دهنده‌ی ماه را به موقعیت مداری فعلی آن پرتاب کرده است. و سپس این جرم، ماه را تشکیل داده است. این مدل برای حدود دو دهه به‌عنوان نظریه‌ی رایج پذیرفته شده بود. اما این فرضیه‌ی نه‌چندان قانع‌کننده، احتمالا صحیح نیست.

سارا استوارت، استاد علوم سیاره‌ای و زمین در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، گفت:

فرضیه‌ی جدید می‌تواند، توضیحی برای ویژگی‌های ماه داشته باشد که با فرضیه‌های فعلی به دشواری قابل حل بودند. ماه به لحاظ شیمیایی با برخی تفاوت‌ها تقریبا همانند زمین است. مدل‌سازی که انجام داده‌ایم، اولین مدلی است که می‌تواند با الگوی ترکیبات ماه مطابقت داشته باشد.

یک سینستیا زمانی اتفاق می‌افتد که اجرامی به اندازه‌ی سیاره به هم برخورد کنند و در اثر این برخورد، جرمی با گردش وضعی بسیار بالا از جنس سنگ‌های مذاب و بخار به وجود آورند. این توده‌ی ابری فرار یا سینستیا که با سرعت بالایی به‌دور خود می‌چرخد، تبدیل به جرم غول‌پیکر دونات شکلی می‌شود. طول عمر یک سینستیا تنها حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ سال (در مقایس کیهانی زمان بسیار اندکی محسوب می‌شود) است. سپس با کاهش گرما، توده‌ی بخار سنگی، ابتدا به یک سیاره‌ی مایع و سپس به یک سیاره‌ی مذاب تبدیل می‌شود.

رندر هنری که پیدایش ماه را از یک سیسنتیا نشان می‌دهد

استیوارت به Gizmodo گفت:

سینستیا، جرم نجومی است که با سرعتی بسیار بیشتر از یک سیاره به دور خود می‌چرخد. سینستیاها به وسیله‌ی انرژی بالا و تکانه‌ی دَوَرانی شدید ناشی از یک برخورد عظیم به وجود می‌آیند.

استوارت و لاک تصور می‌کنند که زمین و بسیاری از سیارات سنگی دیگر، در ابتدا به این صورت به وجود آمده‌اند. با وجود این، نکته مهمی که باید در نظر داشته باشیم این است که اخترشناسان هنوز شواهدی از وجود سینستیا به دست نیاورده‌اند و سینستیا، هنوز، یک جرم فرضی همچون تئا محسوب می‌شود. اما مدل‌سازی‌هایی که توسط اخترشناسان انجام گرفته، نشان می‌دهد که وجود چنین جرمی امکان‌پذیر است.

بر اساس فرضیه‌ی لاک و استوارت، ممکن است که ماه در درون سینستیا زمین شکل گرفته باشد. در واقع، پس از برخورد و تشکیل سینستیا، جرم کوچکی از مواد مذاب درون سینستیا شکل گرفته که در نهایت، ماه اولیه را تشکیل داده‌اند. وقتی سینستیا زمین شروع به کوچک شدن کردند، سنگ‌های تبخیری به سوی ماه اولیه پرتاب شدند. و در نهایت، ماه به‌عنوان یک جرم مجزا شکل گرفت و جو خود را به وجود آورد.

 لاک گفت:

مدلی که پیشنهاد داده‌ایم، با برخوردی که یک سینستیا را به‌وجود می‌آورد، شروع می‌شود. و ماه درون زمین تبخیر شده و در دمای ۴ تا ۶ هزار درجه فارنهایت و فشاری برابر ده‌ها اتمسفر به وجود آمده است.

چنین مدلی می‌تواند تا حد زیادی برخی ویژگی‌های مشترک بین ماه و زمین (ویژگی‌های زمین شیمیایی و ایزوتوپ‌های مشابه) را توضیح دهد. همچنین مدل استوارت و لاک می‌تواند، توضیحی برای عدم حضور برخی عناصر از جمله عناصر فراری مانند پتاسیم، سدیم و روی در ماه داشته باشد. ممکن است که به علت دمای شدید درون سینستیا، این عناصر فرار، تبخیر شده باشند. استوارت گفت:

مدل ما، محدوده‌ی فشار و دما را برای محیط تبخیری اطراف یک ماه در حال تشکیل برآورد کرده است. می‌توان  با محاسبه‌ی ترکیب‌های عنصری و ایزوتوپی قمری که در چنین شرایطی به‌وجود آمده‌اند، این مدل را آزمایش کرد. در این پژوهش، فراوانی چند عنصر فرار را تخمین زده‌ایم، اما این محاسبات باید گسترش یابد تا عناصر بیشتری برای اندازه‌گیری دقیق ترکیبات ماه در نظر گرفته شوند.

اما موضوع چالش برانگیز برای اخترشناسان، اثبات وجود سینیستا است. به این ترتیب، اخترشناسان باید به دنبال سینستیاهای دیگر در اطراف ستارگان جوان باشند تا بتوانند، امکان اثبات فرضیه جدید خود را داشته باشند.