Παρασκευή, 10 Φεβρουαρίου 2017

Πότε και πώς σχηματίστηκε η Σελήνη;


Νέες μελέτες παρέχουν αντικρουόμενα σενάρια για το πώς σχηματίστηκε ο φυσικός μας δορυφόρος, η Σελήνη. Ένα υποστηρίζει την περίπτωση ενός μεγάλου ΄΄ραντίσματος΄΄ από ουράνια σώματα κατά την πρώιμη ιστορία του ηλιακού συστήματος, ένα δεύτερο ¨οραματίζεται¨ μία σειρά από μικρότερα χτυπήματα που δημιούργησαν το φεγγάρι μας με την πάροδο του χρόνου, ενώ ένα τρίτο προτείνει ότι στην διαμόρφωση αυτή έπαιξε ρόλο και το νερό.


Από: Kelly Beatty  



Δεδομένου του θησαυρού των σεληνιακών δειγμάτων που διαθέτουμε, και με τη δύναμη των σύγχρονων εργαστηριακών αναλύσεων, θα νομίζετε ότι μέχρι τώρα οι γεωχημικοί επιστήμονες έπρεπε να είναι εντελώς βέβαιοι για το πώς ακριβώς σχηματίστηκε η Σελήνη. Αλλά δεν είναι έτσι  - στην πραγματικότητα, υπάρχουν ακόμα πολλές συγκρουόμενες θεωρίες για το πώς σχηματίστηκε η Γη.





Σχηματική αναπαράσταση της σύγκρουσης της Θείας με τη Γη

Εδώ συναντάμε το βασικό πρόβλημα: περίπου 30 χρόνια πριν, οι ¨Δυναμισιστές¨- (dynamicists) επιστήμονες που ασχολούνται με την Δυναμική* , έδειξαν ότι ένα σώμα που είχε περίπου τη μάζα του Άρη, ήταν πιθανό να έχει προσκρούσει πάνω στη Γη (Ονομάζεται : Θεία), επιφέροντας ένα φοβερό πλήγμα, το οποίο είχε σαν αποτέλεσμα να εκτιναχθούν αρκετά συντρίμμια σε τροχιά γύρω από τον πρώιμο πλανήτη μας, και τα οποία σιγά σιγά με την διεργασία της πλανητικής συσσώρευσης, συγκεντρώθηκαν σε ένα ενιαίο αντικείμενο …την Σελήνη. Προσομοιώσεις που έγιναν με τη βοήθεια Υπολογιστών, καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το φεγγάρι περισσότερο προήλθε από κρουστικές διαδικασίες, παρά ότι προήλθε από τη Γη.

Όμως, τα σεληνιακά δείγματα από τις αποστολές Απόλλων (και Luna), και δεν αναφερόμαστε στους σεληνιακούς μετεωρίτες, δείχνουν ότι η Σελήνη και η Γη έχουν πολύ παρόμοια σύνθεση. Εκτός από την έλλειψη σιδήρου και την ακραία έλλειψη νερού**, τα πετρώματα στη Σελήνη ταιριάζουν με τις ισοτοπικές αναλογίες των γεωχημικών στοιχείων Τιτανίου, Ασβεστίου, Πυριτίου, και (ειδικά) Οξυγόνο και Βολφράμιο, της Γης. Αυτό πραγματικά ανατρέπει τις θεωρίες των Δυναμισιστών - μόνο σε σπάνιες περιπτώσεις, 1% ή 2% κάθε φορά, φαίνεται στις προσομοιώσεις ότι δημιουργείται ένα φεγγάρι με Γήινη σύνθεση. Υπάρχει επίσης και το πρόβλημα της εξομάλυνσης των βραχυχρόνιων διακυμάνσεων, όταν δημιουργήθηκε η στροφορμή του τρέχοντος συστήματος Γης-Σελήνης.

Formation of the Moon
Καλλιτεχνική αναπαράσταση από έναν αντικείμενο στο μέγεθος του Άρη, το οποίο συγκρούστηκε με Γη κατά την πρώιμη ιστορία του ηλιακού μας συστήματος. Πολλοί πλανητικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι η μία τέτοια σύγκρουση, όπως αυτή εκτόξευσε τα συντρίμμια που τελικά σχημάτισαν το φεγγάρι μας.
Εικόνα: Lynette Cook / Getty Images


Έχω γράψει σχετικά (ο αρθρογράφος) κατά καιρούς σχετικά με τις πιθανές λύσεις σε αυτά τα αινίγματα, αλλά κανείς ποτέ δεν έλεγξε αυτές τις λύσεις. Ίσως κάποιος μπορεί να φανταστεί ότι αυτή η κολοσσιαία σύγκρουση και η πρώιμη Γη είχαν σχεδόν πανομοιότυπη σύνθεση – αλλά αυτό στατιστικά και ¨διαισθητικά¨ φαίνεται απίθανο.

Στις 9 Ιανουάριου στο περιοδικό Nature Geoscience, οι Ισραηλινοί ερευνητές Raluca Rufu, Oded Aharonson και Hagai Perets υποστήριξαν ότι η έννοια μίας απλής γιγαντιαίας σύγκρουσης, είναι λάθος. Αντ’ αυτού, προτείνουν ότι η Γη υπέστη δεκάδες μικρότερες (αλλά εξίσου ισχυρές) συγκρούσεις με αντικείμενα που η μάζα τους κυμαίνονταν από 1% έως 10% της μάζας της Γης, καθένα από τα οποία εκτόξευαν συντρίμμια σχηματίζοντας έτσι ένα δίσκο (Δακτύλιο) από πετρώματα που περιφέρονταν σε τροχιά γύρω από τη Γη (Περιπλανητικός δίσκος). Ο δακτύλιος αυτός γρήγορα στερεοποιήθηκε σε μικρούς δορυφόρους, και στη συνέχεια η παλιρροϊκή ενέργεια από τις αλληλεπιδράσεις με την νεαρή, και ως επί το πλείστον λιωμένη Γη οδήγησε το καθένα από αυτά προς τα έξω. Με την πάροδο του χρόνου συσσωρεύθηκαν δημιουργώντας το φεγγάρι.


Σύμφωνα με προσομοιώσεις από τρεις Ισραηλινούς ερευνητές, η Σελήνη μπορεί να έχει ¨συναρμολογηθεί¨ με το πάροδο του χρόνου από τα συντρίμμια 20 ή περισσότερων μεμονωμένων συγκρούσεων με τη Γη.
Εικόνα: Nature Geoscience / R. Rufu et al.

Αυτή η προσέγγιση δίνει μια σεληνιακή σύνθεση που είναι ένα αμάλγαμα (κράμα) πολλών συνθέσεων, η οποία διευκολύνει τους άκαμπτους ισοτοπικούς περιορισμούς. Οι περισσότερες αποθέσεις στοιχείων που έχουν Γήινη σύσταση, προήλθαν από συγκρούσεις οι οποίες εισχώρησαν πολύ βαθιά στον εσωτερικό μανδύα τουφλοιού της Γης. Ένα ζευγάρι από ¨ανακλώμενα¨ χτυπήματα που έγιναν στην πρώιμη διεργασία σχηματισμού του ηλιακού μας συστήματος θα μπορούσαν να επηρεάσουν την στροφορμή του συστήματος, έτσι ώστε να ταιριάζει με αυτή που υπάρχει τώρα.

Ο Gareth Collins του Αυτοκρατορικού Κολεγίου του Λονδίνου (Imperial College of London) σημειώνει σε μια συνοδευτική του αναφορά στο περιοδικό Νέα & Απόψεις (News & Views), ότι ¨οι χαμηλότερης ενέργειας συγκρούσεις σχηματισμού της Σελήνης άφησαν ανεπηρέαστα μερικά μέρη πάνω στη Γη. Ανεξάρτητες, επίγειες γεωχημικές δεξαμενές μπορεί, επομένως, να έχουν διασωθεί από τον σχηματισμό της Σελήνης". Και, πράγματι, οι ερευνητές έχουν βρει αναντιστοιχίες στη σύνθεση συγκεκριμένων τμημάτων του μανδύα της Γης τα οποία δεν ταιριάζουν με τη σύνθεση του υπόλοιπου πλανήτη μας.

Δημιουργώντας τη Σελήνη: Αργά ή γρήγορα;

Η αποσπασματική ¨συναρμολόγηση¨ που οραματίστηκε η ισραηλινή ομάδα, θέλει το φεγγάρι μας να χρειάζεται για τη δημιουργία του, ένα μεγάλο χρονικό διάστημα, ίσως ακόμη και 100 εκατομμύρια χρόνια – και ακόμα το θέμα αυτό ανοίγει μια άλλη πτυχή της συζήτησης για το σεληνιακό σχηματισμό. Μερικοί πλανητικοί επιστήμονες έχουν πράγματι υποστηρίξει, κυρίως για καθαρά γεωχημικά λόγους, ότι η Σελήνη μπορεί να έχει σχηματιστεί 150 - 200.000.000 χρόνια μετά την δημιουργία του ηλιακού συστήματος. Άλλοι ισχυρίζονται ότι δημιουργήθηκε πολύ νωρίτερα, μέσα σε μερικές δεκάδες εκατομμύρια χρόνια.

Η…Barboni και οι κόκκοι Ζιργκονίου.



Η Ερευνήτρια Mélanie Barboni έχει ένα σεληνιακό δείγμα με κύριο σκοπό να το συνθλίψει για να εξαγάγει  κόκκους Ζιργκονίου όπως βλέπουμε στην εικόνα.
Εικόνα:Mélanie Barboni / UCLA

Μια νεότερη ανάλυση, που δημοσιεύθηκε στις 11 Ιανουαρίου στο περιοδικό  Science Advances , υποστηρίζει ότι η Σελήνη δημιουργήθηκε πολύ …βιαστικά,  και είχε ως επί το πλείστον στερεοποιηθεί 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ή 60 εκατομμύρια χρόνια μετά τη γέννηση του ηλιακού μας συστήματος. Τα αποδεικτικά στοιχεία, δηλώνει η  Mélanie Barboni (από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, στο Λος Άντζελες) και οι έξι συνεργάτες της, βρίσκονται μέσα σε οκτώ μικροσκοπικούς κόκκους του ορυκτού Ζιρκονίου (ZrSiO4), που συνέλεξαν οι αστροναύτες του Απόλλων 14 και στους οποίους βρέθηκαν ίχνη Ουρανίου, Μολύβδου, και Αφνίου που χρησιμοποιούνται για τον εύρεση της ηλικιακής χρονολόγησης με τη μέθοδο του ισοτοπικού προσδιορισμού.

Αρκετά χρόνια πριν, μια διαφορετική ερευνητική ομάδα ανέλυσε τους ίδιους αυτούς κόκκους, καταλήγοντας στο συμπέρασμα του πρόωρου σχηματισμού. Αλλά το αποτέλεσμα αυτό είχε μεγάλη αβεβαιότητα, λόγω των τεχνικών που χρησιμοποιούνται. Η ομάδα της Barboni επανέλαβε την διαδικασία της ηλικιακής χρονολόγησης, προσεκτικά, μετρώντας τα ισότοπα του Μολύβδου που προέκυψαν από την ραδιενεργό αποσύνθεση του Ουρανίου-235 και -238, και επίσης προσδιορίζοντας την αποσύνθεση των στοιχείων Λουτήτιου να Άφνίου. Τέλος, οι ερευνητές επαληθευτήκαν και για την έκθεση των σεληνιακών δειγμάτων σε κοσμικές ακτίνες, οι οποίες μπορούν να πολώσουν δυναμικά τις ισοτοπικές αναλογίες. Η ομάδα ''διαισθάνεται'' ότι η προκύπτουσα ηλικία των 4.510.000.000 ετών έχει μια αβεβαιότητα όχι περισσότερη από 10 εκατομμύρια χρόνια - και ότι η Σελήνη θα μπορούσε στην πραγματικότητα να είναι μεγαλύτερης ηλικίας.

Πιο εύστοχα, οι κόκκοι Ζιρκονίου από το Απόλλων 14 προφανώς κρυσταλλοποιήθηκαν από το βαθύ Σεληνιακό Ωκεανό Μάγματος (ΣΟΜ ή LMO) που δημιουργήθηκε αμέσως μετά το σχηματισμό της Σελήνης. Αυτό θα συνέβαινε αν η Σελήνη σχηματίζονταν από λευκά και καυτά συντρίμμια, που θα προέκυπταν μετά από μία μοναδική, καταστροφική σύγκρουση με τη Γη - αλλά αυτό δείχνει να είναι λιγότερο πιθανό, αν δεκάδες μικροί δορυφόροι που ψύχτηκαν στην πορεία, στερεοποιήθηκαν σε ένα ενιαίο σώμα.

Ρίχνοντας… Νερό στο Πρόβλημα

Σαν να μην ήταν αρκετά περίπλοκο το ''Πώς και το Πότε'' του σχηματισμού της Σελήνης , μια νέα τρίτη ανάλυση υποστηρίζει ότι - παρά την υπερβολική ξηρότητα του σήμερα - η Σελήνη πιθανόν περιείχε μια πολύ μεγάλη ποσότητα νερού όταν σχηματίζονταν. Στο ίδιο τεύχος του περιοδικού Nature Geoscience, η  Yanhao Lin από το Πανεπιστήμιο Βρίγιε του Άμστερνταμ της Ολλανδίας (Vrije Universiteit Amsterdam) και τρεις άλλοι περιγράφουν τις πειραματικές τους προσπάθειες να μιμηθούν τον τρόπο που ο ωκεανός μάγματος της Σελήνης στερεοποιήθηκε. Χαμηλότερης πυκνότητας ορυκτά θα επέπλέαν στην κορυφή, σχηματίζοντας μια κρούστα.

Ανακάλυψαν ότι η ομάδα των ορυκτών που βρίσκονται στο σεληνιακό φλοιό σήμερα - σε συνδυασμό με το πάχος του - υποδηλώνει ότι το νερό ήταν μέρος του μίγματος σε συγκέντρωση 270 έως 1.650 μερών/εκατομμύριο (ppm). Αυτό μπορεί να μην φανεί ιδιαίτερα σημαντικό - αλλά αν αποδειχθεί αληθινό θα υπάρξουν σημαντικές επιπτώσεις.

"Ένα υγρό …ξεκίνημα της Σελήνης, σε συνδυασμό με τις ισχυρές ομοιότητες μεταξύ της σύνθεσης της Σελήνης και τη σύνθεση των πυριτικών αλάτων στη Γη", κάνει την ομάδα της Λιν να προτείνει ότι ''εξίσου υψηλές συγκεντρώσεις νερού με τη Σελήνη υπήρχαν και στη Γη κατά τη περίοδο σχηματισμού της Σελήνης. "

Σχετικά Βίντεο:











Αναφορές:
Raluca Rufu et al. "A Multiple-Impact Origin for the Moon.” Nature Geoscience. January 9, 2017.
Gareth S. Collins. "Punch Combo or Knock-out Blow?" Nature Geoscience. January 9, 2017.
Mélanie Barboni et al. “Early Formation of the Moon 4.51 Billion Years Ago.” Science Advances. January 11, 2017.


* Όρος της Γενικής Φυσικής που σημαίνει την κατηγορία των Φυσικών εκείνων  που ερευνούν την Δυναμική ενός συστήματος.

** Νερό με τη μορφή πάγου υπάρχει μόνο στους Σεληνιακούς πόλους



Πηγές:  skyandtelescope.com 
             el.wikipedia.org
           

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις, απορίες, ή συμπληρώματα γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com