Η προέλευση της Σελήνης:πώς σχηματίστηκε και πώς το ανακαλύψαμε

Μετά τον Ήλιο, η Σελήνη της Γης είναι το πιο εμφανές αντικείμενο στον ουρανό μας – μια διαρκώς μεταβαλλόμενη αλλά καθησυχαστικά μόνιμη παρουσία στους ουρανούς. Ωστόσο, η προέλευση της Σελήνης ήταν ένα μυστήριο για τους αστρονόμους μέχρι πρόσφατα, και μπορεί ακόμα να μην έχει επιλυθεί πλήρως.

Πολλοί αρχαίοι πολιτισμοί από όλο τον κόσμο είχαν τους δικούς τους θρύλους για την προέλευση της Σελήνης. Οι περισσότεροι συνδέονταν με μια μυθολογική κατανόηση του σύμπαντος που θεωρούσε τον Ήλιο, τη Σελήνη και τα αστέρια ως είδωλα των θεών.

Από όσο γνωρίζουμε, οι αρχαίοι Έλληνες ήταν οι πρώτοι που αντιμετώπισαν τη Σελήνη ως φυσικό αντικείμενο στο διάστημα, αλλά η ιδέα των ουρανών ως ουράνιου ρολογιού, που διατηρήθηκε από τη θεϊκή δύναμη σε όλη την αιωνιότητα, πέρασε σε μεγάλο βαθμό αδιαμφισβήτητη στους ύστερους μεσαιωνικούς χρόνους. /P>

Η πρώτη λεπτομερής θεωρία που εξηγούσε την προέλευση της Γης και του Ηλιακού Συστήματος με επιστημονικούς όρους ήταν η «υπόθεση του νεφελώματος» που προτάθηκε από τον Σουηδό φιλόσοφο Immanuel Swedenborg το 1735 και αναπτύχθηκε από τον Γάλλο μαθηματικό Pierre-Simon Laplace το 1796. διαστρικά νεφελώματα – σύννεφα αερίου και σκόνης ανάμεσα στα αστέρια – καταρρέουν και συνενώνονται για να σχηματίσουν τα αστέρια και τους πλανήτες που τα περιβάλλουν.

Διαβάστε περισσότερα για το φεγγάρι:

• Γιατί η Σελήνη είναι ορατή μερικές φορές την ημέρα;
• Τι θα γινόταν αν εξορύξαμε τη Σελήνη;
• Race to the Moon:Μέσα στα σχέδια της Κίνας για την κατασκευή μιας σεληνιακής βάσης
• Γιατί πρέπει να επιστρέψουμε στη Σελήνη

Οι κόσμοι του Ηλιακού Συστήματος λοιπόν μεγάλωσαν σταδιακά από κάτω προς τα πάνω και οι συγκρούσεις μεταξύ τους απελευθέρωναν αρκετή θερμότητα για να λιώσουν και να τους χωρίσουν σε στρώματα διαφορετικής πυκνότητας. Η θεωρία του Laplace έκτοτε αποδείχθηκε ουσιαστικά σωστή, αν και πέρασε μεγάλο μέρος του 19ου και των αρχών του 20ου αιώνα σε δυσμένεια.

Για τον Laplace, η πιο προφανής εξήγηση για τη Σελήνη ήταν ότι πρέπει να σχηματίστηκε παράλληλα με τη Γη (μια διαδικασία γνωστή ως δυαδική προσαύξηση) και να ήταν σταθερός σύντροφος από τις πρώτες ημέρες της ιστορίας του πλανήτη μας.

Αλλά ακόμη και ο Laplace μπορούσε να δει ότι το τεράστιο μέγεθος της Σελήνης παρουσίαζε πρόβλημα. Με διάμετρο μεγαλύτερη από το ένα τέταρτο της ίδιας της Γης, είναι μακράν ο μεγαλύτερος δορυφόρος σε σύγκριση με τον πλανήτη του στο Ηλιακό Σύστημα. Αυτό φαινόταν να απαιτεί ο σχηματισμός της Γης να άφησε πίσω του μια αδύνατη μεγάλη ποσότητα περίσσειας υλικού.

Κατά ειρωνικό τρόπο, η θεωρία του Laplace έπεσε προσωρινά από τη χάρη - αντικαταστάθηκε από μια θεωρία ψυχρού σχηματισμού - προτού το πρόβλημα της διαμέτρου της Σελήνης μπορούσε να την υπονομεύσει. Αυτό άφησε ανοιχτό το δρόμο για άλλες θεωρίες. Ίσως η πιο πολλά υποσχόμενη εναλλακτική πρόταση προτάθηκε από τον αστρονόμο και μαθηματικό Τζορτζ Δαρβίνο, γιο του μεγάλου φυσιοδίφη Καρόλου, το 1879.

Η θεωρία του Δαρβίνου εμπνεύστηκε από τις τότε πρόσφατες ανακαλύψεις της εξωτερικά σπειροειδούς τροχιάς της Σελήνης και τη σταδιακή επιβράδυνση της περιστροφής της Γης, που συνδέονται και οι δύο με παλιρροϊκές δυνάμεις μεταξύ των δύο. Υποστήριξε ότι η νεαρή, ημι-λιωμένη Γη μπορεί να είχε περιστραφεί τόσο γρήγορα που η παλιρροιακή διόγκωση που προέκυψε γύρω από τον ισημερινό της έγινε ασταθής, εκτοξεύοντας μεγάλες ποσότητες υλικού που στη συνέχεια συνενώθηκαν για να σχηματίσουν τη Σελήνη.

ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΓΝΩΡΙΖΕΤΕ

Ισότοπα

Δύο ή περισσότερες μορφές ενός στοιχείου που μοιράζονται τις ίδιες χημικές ιδιότητες αλλά έχουν διαφορετικές ατομικές μάζες. Το σχετικό μείγμα ή η «ισοτοπική αναλογία» που βρέθηκε για συγκεκριμένα στοιχεία ποικίλλει ευρέως στο Ηλιακό Σύστημα, επομένως αυτό παρέχει μια χρήσιμη ένδειξη ως προς την προέλευση των υλικών.

Πλανητικό ελάχιστο

Ένα μεγάλο σώμα σχηματίστηκε νωρίς στην ιστορία του Ηλιακού Συστήματος, με αρκετή βαρύτητα για να τραβήξει αέριο και σκόνη από το γύρω ηλιακό νεφέλωμα και να υποστεί ταχεία ανάπτυξη. Οι συγκρούσεις μεταξύ πλανητομικρών πιστεύεται ότι έπαιξαν ζωτικό ρόλο στο σχηματισμό των πλανητών.

πτητικό

Χημική ένωση ή στοιχείο με σχετικά χαμηλό σημείο τήξης που μπορεί εύκολα να λιώσει ή να εξατμιστεί με γεωλογικές διεργασίες. Το ακριβές όριο μεταξύ πτητικών και ουσιών με υψηλό σημείο τήξης ποικίλλει ανάλογα με το περιβάλλον, αλλά στη σεληνιακή γεωλογία, τα πτητικά περιλαμβάνουν μέταλλα με σημεία τήξης κάτω από 1.500°C.

Τέσσερα χρόνια αργότερα, ο γεωλόγος Osmond Fisher πρόσθεσε χρώμα στη θεωρία με την πρότασή του ότι η τεράστια λεκάνη του Ειρηνικού Ωκεανού θα μπορούσε να είναι η ουλή που άφησε πίσω του αυτός ο διαχωρισμός.

Πολλοί αμφέβαλλαν ότι η περιστροφή της Γης θα μπορούσε να έχει επιβραδυνθεί τόσο δραματικά σε όλη την ιστορία της. άλλοι επεσήμαναν ότι, όσο μεγάλη κι αν είναι, η λεκάνη του Ειρηνικού έχει μόνο ένα κλάσμα του όγκου της Σελήνης.

Αλλά το μοιραίο ελάττωμα στη θεωρία του Δαρβίνου προέκυψε από μια βελτιωμένη κατανόηση της δυναμικής των ρευστών. Το 1930, ο γεωφυσικός Χάρολντ Τζέφρις έδειξε ότι η τεράστια διόγκωση που θα είχε αναπτυχθεί γύρω από τον ισημερινό της Γης θα λειτουργούσε και ως φυσικό φρένο.

Αυτό θα είχε αποτρέψει τον πλανήτη μας να φτάσει τις ακραίες ταχύτητες περιστροφής που απαιτούνται για να πετάξει από τη Σελήνη. Οι παραλλαγές της θεωρίας της σχάσης του Δαρβίνου παρέμειναν ασαφείς πιθανότητες μέχρι τη δεκαετία του 1960, αλλά λίγο μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο αντιμετώπισαν ανταγωνισμό σε τρία μέτωπα.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1950, ο χημικός Harold Urey και ο αστρονόμος Horst Gerstenkorn αναβίωσαν τη θεωρία σύλληψης που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Thomas Jefferson Jackson See το 1909. Σε αυτό το μοντέλο, η Σελήνη εξελίχθηκε αλλού στο Ηλιακό Σύστημα, προτού συλληφθεί σε μια στενή τροχιά γύρω από τη Γη. /P>

Μερικοί αστρονόμοι υποστήριξαν ότι οι σχετικές ταχύτητες των δύο σωμάτων κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας συνάντησης θα ήταν πολύ μεγάλες για να τις υπερνικήσει η βαρύτητα, αλλά μια παραλλαγή της θεωρίας πρότεινε ότι η Σελήνη εξελίχθηκε σε τροχιά πολύ κοντά στη γη και έτσι η σύλληψη ήταν μια αργή, σταδιακή υπόθεση.

Η θεωρία του Urey επηρέασε τη NASA κατά τον πρώιμο σχεδιασμό του προγράμματος Apollo, αλλά το ίδιο και οι αντίπαλες ιδέες του αστρονόμου Gerard Kuiper. Ο Κάιπερ αναβίωσε την ιδέα ότι η Σελήνη είχε σχηματιστεί δίπλα στη Γη, δείχνοντας πόσα από τα προβλήματα που οφείλονται στο μεγάλο μέγεθος της Σελήνης θα μπορούσαν να ξεπεραστούν.

Μια τρίτη θεωρία πέρασε σχεδόν απαρατήρητη στη σύγκρουση μεταξύ Urey και Kuiper. Το 1946, ο Καναδός γεωλόγος Reginald Aldworth Daly είχε προτείνει μια ανατροπή στην ιδέα της σχάσης του Δαρβίνου. Αντί να βασίζεται σε μια Γη που περιστρέφεται γρήγορα, πρότεινε ότι μια μεγάλη πρόσκρουση στη νεαρή Γη από ένα άλλο σώμα μεγέθους πλανήτη θα μπορούσε να είχε τροφοδοτήσει αρκετή ενέργεια για να εκτοξεύσει το υλικό που σχημάτισε τη Σελήνη.

Ωστόσο, παρά τη φήμη του Νταλί ως γεωλόγου, οι σκέψεις του για τη σεληνιακή προέλευση παραβλέφθηκαν σε μεγάλο βαθμό.

Μετά τον Απόλλωνα

Μέχρι τη στιγμή που το Apollo 11 εκτοξεύτηκε για τη Σελήνη το 1969, η επίλυση της διαφοράς μεταξύ των αντίπαλων υποθέσεων συν-προσαύξησης, σχάσης και σύλληψης είχε γίνει ένας από τους βασικούς επιστημονικούς στόχους του προγράμματος Apollo.

Οι έξι επανδρωμένες σεληνιακές προσγειώσεις στόχευσαν σκόπιμα περιοχές της Σελήνης των οποίων η γεωλογική ιστορία ήταν πιθανό να ήταν πολύ διαφορετική και συνολικά περίπου 382 κιλά σεληνιακού βράχου επιστράφηκαν στη Γη για ανάλυση.

Κάθε μία από τις κύριες θεωρίες είχε τις δικές της συνέπειες για τη σύνθεση του σεληνιακού βράχου και της ίδιας της Σελήνης. Εάν η Σελήνη σχηματιζόταν παράλληλα με τη Γη, ή αν η υπόθεση της σχάσης ήταν σωστή, θα δημιουργήθηκαν δίδυμα σώματα με πολύ παρόμοιες συνθέσεις. Μια συλληφθείσα Σελήνη, από την άλλη πλευρά, μπορεί να είναι πολύ διαφορετική ως προς τη χημεία και την ορυκτολογία της.

Εάν η Σελήνη σχηματιζόταν την ίδια στιγμή, ή συλλαμβανόταν, πιθανότατα θα ήταν ένας «διαφοροποιημένος» δορυφόρος, με εσωτερικά στρώματα και έναν πυκνό σιδερένιο πυρήνα. Αλλά αν προερχόταν από την ιδέα της σχάσης του Δαρβίνου, μπορεί να μην ήταν, καθώς το υλικό για να σχηματιστεί η Σελήνη θα προερχόταν από σχετικά ελαφρούς βράχους από μανδύα.

Καθώς οι γεωλόγοι άρχισαν να δουλεύουν, διαπίστωσαν ότι η σύνθεση των σεληνιακών δειγμάτων βράχου ήταν ένα συναρπαστικό μείγμα του οικείου και του άγνωστου. Οι βράχοι βασάλτη από τη Θάλασσα της Ηρεμίας αποδείχτηκαν ότι είχαν εξαντληθεί σε μεγάλο βαθμό από πτητικές ουσίες σε σύγκριση με εκείνους στη Γη, αλλά κατά τα άλλα ορυκτολογικά πολύ παρόμοιοι.

Αλλά αυτό που ήταν πιο εκπληκτικό ήταν η ευρεία παρουσία του πυριγενούς πετρώματος ανορθοζίτη και της υαλοποιημένης ολιβίνης που μοιάζει με γυαλί. Τόσο αυτά όσο και η έλλειψη πτητικών υποδηλώνουν ότι η επιφάνεια της νεαρής Σελήνης ήταν αρκετά θερμή ώστε να αναπτυχθεί ένας ωκεανός υγρού μάγματος.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, οι υποστηρικτές των τριών κύριων ανταγωνιστικών θεωριών αγωνίστηκαν να εξηγήσουν τα δεδομένα του Apollo, αλλά ακόμα καμία δεν ταίριαζε πλήρως με τα νέα στοιχεία. Ευτυχώς, μια παραμελημένη εναλλακτική λύση περίμενε στα φτερά – η γιγάντια υπόθεση πρόσκρουσης του Νταλί. Η ιδέα του Daly επέστρεψε στο προσκήνιο σε μια εργασία του 1975 των William K Hartmann και Donald R Davis από το Planetary Science Institute στην Αριζόνα.

Μέχρι εκείνη τη στιγμή, η ανάσταση της υπόθεσης του νεφελώματος του Laplace ήταν σε πλήρη εξέλιξη, χάρη σε μεγάλο βαθμό στο έργο του Σοβιετικού αστρονόμου Victor Safronov. Η συστροφή του Safronov στη θεωρία Laplace περιλάμβανε ένα στάδιο στο οποίο το πρώιμο Ηλιακό Σύστημα ήταν γεμάτο με «πλανητομικρά» σώματα που κυμαίνονταν σε μέγεθος από εκατοντάδες έως χιλιάδες χιλιόμετρα.

Οι συγκρούσεις μεταξύ αυτών σχημάτισαν τους πλανήτες και ο Χάρτμαν και ο Ντέιβις κίνησαν το ενδιαφέρον της πιθανότητας οι κρούσεις από μερικά από τα μικρότερα πλανητάρια στη νεαρή Σελήνη να είχαν δημιουργήσει τις τεράστιες λεκάνες πρόσκρουσης στην επιφάνειά της. Χωρίς να γνωρίζουν την προηγούμενη πρόταση του Νταλί, έπεσαν επίσης στην ιδέα ότι μια μεγαλύτερη πλανητευτική Γη που χτυπά θα μπορούσε να είχε ενεργοποιήσει μια διαδικασία παρόμοια με τη σχάση, ρίχνοντας ένα μείγμα πετρωμάτων από τη Γη και το σώμα που προσκρούει σε τροχιά.

Ένα χρόνο αργότερα, ο Alastair GW Cameron και ο William R Ward του Παρατηρητηρίου του Κολλεγίου του Χάρβαρντ πρότειναν ένα κρουστικό εκκρεμές μεγέθους του Άρη που χτύπησε τη Γη σε ρηχή γωνία. Αυτό θα διασφάλιζε ότι το μεγαλύτερο μέρος του εκτοξευόμενου υλικού προερχόταν από τον μανδύα της Γης, εξηγώντας τη χαμηλή πυκνότητα της Σελήνης σε σύγκριση με τη Γη, και θα παρήγαγε αρκετή θερμότητα ώστε τα περισσότερα πτητικά να διαφύγουν στο διάστημα.

Η θεωρία των Χάρτμαν και Ντέιβις συνδυάστηκε με τα στοιχεία από τις αποστολές του Απόλλωνα και συγκέντρωσε επιστημονική δυναμική την επόμενη δεκαετία. Ταυτόχρονα, οι «τρεις μεγάλες» θεωρίες υπονομεύονταν όλο και περισσότερο από τη γεωλογική ανάλυση και τη μοντελοποίηση υπολογιστών. Ωστόσο, η περίπλοκη φύση των αποτελεσμάτων του Apollo άφησε άφθονο περιθώριο για συζήτηση, και μόνο σε ένα συνέδριο το 1984 στο Kona της Χαβάης η ιδέα εφαρμόστηκε πραγματικά.

Η Σελήνη σήμερα

Από τα τέλη της δεκαετίας του 1980, υπάρχουν ενδείξεις ότι η Σελήνη σχηματίστηκε από υλικό που εκτοξεύτηκε σε μια γιγαντιαία πρόσκρουση. Τα μοντέλα υπολογιστών επέτρεψαν την εκτίμηση της μάζας του εισερχόμενου σώματος, της νεαρής Γης και του εκτοξευόμενου υλικού, και το 2000 ο γεωχημικός Alex Halliday έδωσε στον κρουστικό εκκρεμές ένα όνομα - Theia, από τη μητέρα της θεάς της Σελήνης στην ελληνική μυθολογία - το οποίο φαίνεται να έχει κολλήσει.

Η Theia είναι μόνο ένα από έναν αριθμό μεγάλων υποθετικών πλανητών που μπορεί να περιπλανήθηκαν στο Ηλιακό Σύστημα στις πρώτες μέρες του. Για προφανείς λόγους, έχει ασκήσει μια ιδιαίτερη γοητεία για τους αστρονόμους και έχει δαπανηθεί σημαντική προσπάθεια για τη διερεύνηση των πιθανών ιδιοτήτων του.

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την προέλευση της Σελήνης:

• Ένα χρονοδιάγραμμα βασικών ανακαλύψεων
• Η σημασία των σεληνιακών πετρωμάτων
• Οι μεγάλοι επιστήμονες που αποκάλυψαν την προέλευση της Σελήνης

Όμως, προκαλεί ανησυχία, καθώς οι γεωλόγοι συνέχισαν να μαθαίνουν περισσότερα για τη σύνθεση της Σελήνης, οι αστρονόμοι αναγκάστηκαν για άλλη μια φορά να αναθεωρήσουν την υπόθεση προκειμένου να εξηγήσουν τα ορυκτά στοιχεία.

Είναι πλέον σαφές ότι η Σελήνη δεν είναι τόσο ξηρή όσο πιστεύαμε κάποτε και ότι το νερό που είναι κλειδωμένο σε ορισμένα από τα ορυκτά της είναι απίθανο να έχει πεταχτεί εκεί από κομήτες. Η ιδέα ενός παγκόσμιου ωκεανού μάγματος δεν είναι πλέον βάσιμη και τα μοντέλα πρέπει αντ 'αυτού να επιτρέπουν στη Σελήνη να συνενώνεται χωρίς να λιώνει μέχρι το τέλος.

Οι ισοτοπικές αναλογίες ορισμένων ορυκτών, εν τω μεταξύ, είναι τρομερά παρόμοιες με αυτές που βρίσκονται στη Γη, χωρίς ενδείξεις συμβολής από την υποτιθέμενη εξωγήινη Θεία.

Τρεις πιθανές τροποποιήσεις στη θεωρία έχουν προκύψει για να εξηγήσουν αυτά τα προβλήματα. Το ένα είναι ότι η Θεία εξελίχθηκε στο ίδιο τμήμα του ηλιακού νεφελώματος με την ίδια τη Γη, και επομένως είχε σχεδόν ίδια χημεία. Μπορεί ακόμη και να περιφέρεται γύρω από τη Γη μέχρι να γίνει πολύ ογκώδης και ασταθής.

Μια δεύτερη ιδέα είναι ότι η Theia ήταν πολύ μεγαλύτερη από ό,τι υποψιαζόταν προηγουμένως –ίσως δύο φορές πιο μαζική από τον Άρη– και έτσι η πρόσκρουσή της τροποποίησε ουσιαστικά τη χημεία της ίδιας της Γης.

Το τρίτο είναι ότι η Theia ήταν ένας αδέσποτος παγωμένος νάνος κόσμος από πολύ πιο μακριά στο Ηλιακό Σύστημα.

Η πρόσκρουσή του παρείχε μεγάλες ποσότητες ενέργειας για την εκτόξευση πετρωμάτων από τον μανδύα της Γης, αλλά το δικό του πτητικό υλικό εξατμίστηκε στο διάστημα και συνέβαλε ελάχιστα στην τελική σύνθεση της Σελήνης.

Παρά αυτά τα προβλήματα, είναι σαφές ότι η υπόθεση της γιγαντιαίας πρόσκρουσης εξακολουθεί να παρέχει μακράν την καλύτερη εξήγηση για τις ιδιότητες της Σελήνης όπως τη βλέπουμε σήμερα. Μπορεί να χρειάζεται περαιτέρω τροποποιήσεις, αλλά έχουμε προχωρήσει πολύ στην κατανόηση του πλησιέστερου κοσμικού γείτονά μας.