Κυριακή, 2 Οκτωβρίου 2016

Γη και Σελήνη

Έχουν σχέση μητρική ή αδελφική;

Η περιεκτικότητα των σεληνιακών πετρωμάτων σε τιτάνιο είναι πανομοιότυπη με την αντίστοιχη των γήινων πετρωμάτων. Θεωρείται έτσι ότι αποκλείεται να συνέπραξε και άλλο ουράνιο σώμα στη δημιουργία του δορυφόρου μας.

moon-earth


Τα πρώτα στοιχεία της Σελήνης που υπολογίστηκαν με μεγάλη ακρίβεια, μετά την εποχή του Γαλιλαίου, ήταν η τροχιά της και η διάμετρός της και, στη συνέχεια, η μάζα της. Αντίθετα με αυτά που πίστευε ο Αριστοτέλης, η τροχιά της δεν είναι κυκλική αλλά περίπλοκη και, σε πρώτη προσέγγιση, ελλειπτική. Η δε μάζα της είναι λίγο μεγαλύτερη από το 1% της μάζας της Γης, τιμή που μπορεί να φαίνεται μικρή αλλά στην πραγματικότητα είναι μεγάλη, αφού όλοι οι υπόλοιποι δορυφόροι του Ηλιακού Συστήματος έχουν μάζα μικρότερη από το 1‰ της μάζας του πλανήτη γύρω από τον οποίο περιφέρονται. Με βάση αυτά τα στοιχεία, καθώς και τις φωτογραφίες της επιφάνειας της Σελήνης, οι αστρονόμοι πρότειναν διάφορες θεωρίες για τον τρόπο σχηματισμού της.

Η παλαιότερη θεωρία, η οποία μάλιστα είχε προταθεί από τον Τζορτζ Ντάργουιν, τον γιο του γνωστού μας – από τη θεωρία της εξέλιξης των ειδών – Δαρβίνου, υπέθετε ότι η Σελήνη δημιουργήθηκε από τη Γη, όταν ένα κομμάτι ύλης αποσπάστηκε από την περιοχή του ισημερινού του πλανήτη μας λόγω της φυγόκεντρης δύναμης.

Η θεωρία αυτή εγκαταλείφθηκε, επειδή για να συμβεί ένα τέτοιο φαινόμενο θα έπρεπε η Γη να περιστρέφεται τόσο γρήγορα ώστε η διάρκεια της ημέρας να είναι μόνο πέντε ώρες. Μια μεταγενέστερη θεωρία βασίζεται στην υπόθεση ότι η Σελήνη ήταν ένα είδος μεγάλου αστεροειδούς, που συνελήφθη από το βαρυτικό πεδίο της Γης στα αρχικά στάδια της δημιουργίας του Ηλιακού Συστήματος. Η θεωρία αυτή απαιτεί μια ιδιαίτερα πυκνή γήινη ατμόσφαιρα την εποχή της σύλληψης, που απ’ ό,τι φαίνεται ποτέ δεν υπήρχε. Ετσι στα τέλη της δεκαετίας του 1960 διδαχθήκαμε στο Πανεπιστήμιο την επικρατούσα τότε θεωρία της ταυτόχρονης δημιουργίας. Κατ’ αυτήν Γη και Σελήνη δημιουργήθηκαν ταυτόχρονα από το ίδιο πρωταρχικό νέφος αερίου και σκόνης, την εποχή της δημιουργίας των πλανητών του Ηλιακού Συστήματος από τα υπολείμματα του υλικού που δημιούργησε τον Ηλιο.

Η θεωρία της σύγκρουσης με άλλον πλανήτη

Το 1969 όμως, όταν οι πρώτοι άνθρωποι πάτησαν το πόδι τους στην επιφάνεια της Σελήνης και έφεραν πίσω δείγματα από την επιφάνεια του δορυφόρου μας, ανατράπηκε και η θεωρία της ταυτόχρονης δημιουργίας. Ο λόγος είναι ότι η χημική σύσταση της επιφάνειας της Σελήνης διαφέρει σημαντικά από αυτήν της Γης και, άρα, δεν είναι δυνατόν τα δύο ουράνια σώματα να προέρχονται από το ίδιο αρχικό σύννεφο αερίου και σκόνης. Ετσι εμφανίστηκε στο προσκήνιο η πιο πρόσφατη θεωρία, αυτή της σύγκρουσης της Γης με ένα σώμα του αρχικού Ηλιακού Συστήματος στο μέγεθος του Αρη.

Σύμφωνα με τη σύγχρονη αντίληψη, την εποχή που δημιουργήθηκε το Ηλιακό μας Σύστημα, πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, οι συγκρούσεις ανάμεσα στα ουράνια σώματα που περιφέρονταν γύρω από τον Ηλιο ήταν ένα πολύ συνηθισμένο φαινόμενο. Στη θέση όπου βρίσκεται σήμερα η Γη είχε δημιουργηθεί αρχικά ένας πλανήτης, η πρωτο-Γη, που δεν είχε δορυφόρο.

Στη συνέχεια η πρωτο-Γη συγκρούστηκε «πλαγιομετωπικά» με έναν άλλον πρωτοπλανήτη, στο μέγεθος του Αρη. Το αποτέλεσμα ήταν ότι το μεγαλύτερο μέρος της μάζας των δύο αρχικών σωμάτων συσσωματώθηκε και απετέλεσε τη σημερινή Γη. Ενα μικρό μέρος των επιφανειακών στρωμάτων των δύο πρωτοπλανητών εκτοξεύθηκε στο Διάστημα και μέσα σε μερικές δεκάδες χρόνια συμπυκνώθηκε σε ένα μεγάλο σφαιρικό σώμα, τη Σελήνη, η οποία από τότε αποτελεί τον φυσικό δορυφόρο της Γης.

Η θεωρία αυτή ερμηνεύει τόσο το είδος της τροχιάς της Σελήνης όσο και το γεγονός ότι αυτή έχει μικρότερη πυκνότητα από τη μέση πυκνότητα της Γης, αφού δημιουργήθηκε από τα επιφανειακά στρώματα των δύο πρωτοπλανητών και έτσι δεν «κληρονόμησε» μέρος του πυρήνα τους που απετελείτο από σίδηρο και νικέλιο.

Διάψευση από… τιτάνιο!

Η επιστημονική έρευνα όμως δεν χαρακτηρίζεται πάντα από τη συνεχή εξέλιξη προς μια τελική «σωστή» θεωρία. Πολλές φορές εμφανίζονται «πισωγυρίσματα», όταν νεότερα ερευνητικά αποτελέσματα έρχονται σε αντίθεση με μια κρατούσα θεωρία. Ετσι για πολλούς δεν απετέλεσε έκπληξη το γεγονός ότι πριν λίγα χρόνια δημοσιεύθηκε ένα ερευνητικό αποτέλεσμα που φαίνεται αντίθετο με το παραπάνω σενάριο. Η περιεκτικότητα των σεληνιακών πετρωμάτων σε τιτάνιο είναι ίδια ακριβώς με αυτή των γήινων.

Επειδή οι ενώσεις του τιτανίου δεν εξαερώνονται εύκολα, αυτό σημαίνει ότι σε μια σύγκρουση της πρωτο-Γης με άλλο σώμα το τιτάνιο των δύο σωμάτων θα έπρεπε να «κληρονομηθεί» ανέπαφο στη Σελήνη. Επειδή ο πρωτοπλανήτης είχε δημιουργηθεί σε άλλη περιοχή του Ηλιακού Συστήματος απ’ ό,τι η Γη, θα έπρεπε η περιεκτικότητά του σε τιτάνιο να διαφέρει από αυτήν της Γης, οπότε και η περιεκτικότητα της Σελήνης σε τιτάνιο θα έπρεπε γενικά να μην είναι ίδια με αυτήν της Γης.

Το γεγονός ότι είναι ίδια φαίνεται να υποδεικνύει ότι η Σελήνη είχε μόνο έναν γονιό, όπως πολύ ωραία το έθεσε ένα από τα μέλη της ερευνητικής ομάδας της πρόσφατης δημοσίευσης. Με άλλα λόγια, μοιάζει σαν να ξαναγυρίζουμε στη θεωρία του Ντάργουιν! Το μέλλον θα δείξει αν η θεωρία της σύγκρουσης μπορεί να τροποποιηθεί ώστε να ερμηνεύει τα νεότερα αποτελέσματα ή αν θα εγκαταλειφθεί για κάτι καινούργιο.


Χάρης Βάρβογλης καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ

 physics4u.gr/blog