بعد أن انطلقت الشمس إلى الضوء، بدأت كواكب النظام الشمسي بالتشكل. لكن الأمر قد استغرق ملايين السنين لقمر الأرض بأن يبزغ ويظهر على الوجود. هناك ثلاثة نظريات تتحدث عن الآلية التي من ضمنها يكون قد نشأ القمر. هذه النظريات هي فرضية الاصطدام العملاق، نظرية التكوين المشترك ونظرية الالتقاط.[1]
تعريف فرضية الاصطدام العملاق
هذه النظرية مدعومة من قبل المجتمع العلمي، فرضية الاصطدام العملاق تقترح بأن القمر قد تشكل من خلال شيء قد حطم في وقت مبكر في الأرض. كغيره من الكواكب الأخرى، كوكب الأرض تشكل من بقايا سحابة من الغبار والغاز التي تدور حول الشمس الصغيرة. النظام الشمسي المبكر كان نظاما عنيفا، وهناك العديد من الأجسام التي تم تكوينها ولكنها لم ترق أبدا إلى مستوى حالة كوكبية كاملة. إحدى هذه الأجسام يمكن أن يكون قد اصطدم بكوكب الأرض بعد مدة ليست بالطويلة من تكون هذا الكوكب.
الجسم الذي يعرف باسم ثيا وهو بحجم كوكب المريخ قد اصطدم بكوكب الأرض، مما أدى إلى إلقاء قطع مبخرة من قشرة كوكب الأرض إلى الفضاء. الجاذبية جمعت الأجزاء المقذوفة سوية، وخلق قمرا هو الأكبر من نوعه في النظام الشمسي المرتبط مع كوكبه المضيف. هذا النوع من التكوين يمكن أن يشرح لم القمر مصنوع في الغالب من مكونات خفيفة، وهذا يجعله أقل كثافة من كوكب الأرض. المادة التي تشكلت جاءت من القشرة، بينما تركت النواة الصخرية للكوكب على حالها. وقد بدأت المادة بالتجمع حول ما يعرف بنواة ثيا، وتمركزت بالقرب من مسار كوكب الأرض، المسار التي انتقلت فيه الشمس عبر السماء، وهو المسار الذي يدور فيه القمر اليوم.
نتائج فرضية الاصطدام العملاق
وفقا لوكالة ناسا الفضائية: عندما اصطدم كوكب الأرض وهذا الجسم، الطاقة التي انتشرت قدرت بمئة مليون مرة أكثر من الحدث الذي تبعه والذي يعتقد بأنه قضى على الديناصورات.
على الرغم من أن هذه النظرية هي نظرية شائعة، لكنها لا تخلو من بعض التحديات والتساؤلات. معظم النماذج تشير إلى أن اكثر من ستين بالمئة من القمر يجب أن يتكون من مادة ثيا، لكن عينات الصخور من رحلة أبولو تشير إلى أشياء مختلفة.
من حيث التكوين، الأرض والقمر كانوا متطابقين تقريبا، تكوينهم يختلف بأقصى الحالات بأجزاء صغيرة من المليون. هذا التناقض قد وضع إشارات استفهام حول نظرية الاصطدام العملاق.
فريق Mastrobuono-Battisti’s كان قادرا على تحليل عينة أظهرت أن ثيا وكوكب الأرض لم يكونوا بالاختلاف الذي قد قيل مسبقا.
في عام 2017، قام بعض الباحثين باقتراح نظرية مفادها أن مطرا من الحطام الصغير قد سقط على الأرض ليصنع القمر. السيناريو المتعدد التأثيرات هو طريقة طبيعية أكثر لوصف تشكيل القمر. في المراحل المبكرة من النظام الشمسي، الآثار كانت وفيرة للغاية، لذلك من الطبيعي أن القمر قد تشكل انطلاقا من عدة عوامل ومؤثرات شائعة وليس من واحدة خاصة.
هل تشكل القمر من الأرض
العلماء اليوم يعيدون السؤال عن كيفية تشكل قمر الأرض. النماذج الجديدة تشير إلى أن القمر قد نشأ من الأرض بعد الاصطدام العملاق. فكرة اصطدام وتشكل القمر ليست جديدة ، هذه الفكرة كانت أن اصطداما عملاقا قد حدث منذ حوالي 4.5 بليون سنة بين الأرض وكوكب أولي حوالي نصف حجم الأرض كان قد شكل قرص من الصخور المنحلة، الغازات والأنقاض التي تجمعت مع بعضها البعض لتشكل القمر، وهذه النظرية وضعت في منصف سبعينات القرن الماضي.
درجة الحرارة وسرعة الدوران لهذا القرص قد قررت المادة التي سيصبح عليها التشكيل النهائي والظروف على القمر الأولي. وفي الثمانينات أشارت النمذجة الحاسوبية للفيزياء بأن بعد هذا التصادم القمر يجب أن يتشكل من بقايا الجسم الغريب المسحوق وليس من كوكب الأرض. الأحداث التحليلية أشارت اليوم أن التركيب الكيميائي للقمر يشبه التركيب الكيميائي للأرض. في حين أن جميع الأجسام الأخرى المعروفة خارج كوكب الأرض في النظام الشمسي اليوم لديها نسب نظيرية مختلفة ولكن القمر فقط لديه نسب نظيرية متطابقة جدا مع كوكبنا.
وهذا كان قد سبب مشكلة، لأن التطابق بين القمر ومادة الأرض يبدو مثاليا. التطابق النظيري المثالي قد وضع نظرية الاصطدام العملاق موضع تساؤل وقد اقترح أن القمر كان قد تشكل من كوكب الأرض ولكن الآلية غير معروفة. الآن، النموذجان الجديدان يقترحان طرقا مختلفة يمكن أن يقوم بها الجسم الصاد العملاق بإنتاج قمرا شبيها بمادته الكيميائية لكوكب الأرض.[2]
اثبات فرضية الاصطدام العملاق
في إحدى النماذج، اقترح علماء الفيزياء الفلكية تأثير أكبر من ذاك الذي اقترح سابقا، وهو تقريبا بحجم كوكب الأرض الأولي، الاصطدام مع جهاز تصادم مماثل الحجم لكوكب الأرض سيترك خلفه جسما خليطا من الحطام من الأرض والجسم الصادم. بعد تماسك الكوكب، الحطام المتبقي سيعطي قمرا مشابها ببنيته الكيميائية.
على الرغم من أن اصطدام جسمان مشابهان بالحجم، أصغر من كوكب الأرض الحالي، قد نظرية تؤخذ بعين الاعتبار منذ 15سنة خلت. تم التخلي عن السيناريو هذا لأن النظام أدى للعديد من الزخم الزاوي وهذا لا يشابه النظام القمري الأرضي الحالي. لكن، فهم ديناميكيات الدوران كانت قد تطورت منذ ذلك الوقت.
بعض العلماء في هارفرد اقترحوا أن القمر المتشابه كيميائيا يمكن ان يتشكل إذا كانت الأرض تدور بسرعة أكبر بكثير قبل4.5 مليار سنة مما هي عليه اليوم. اقترحوا العلماء سيناريو أن كوكب الأرض السريع الدوران كان قد ضرب من قبل مؤثر معتدل الحجم، يشابه الأجسام الضاربة التي تم اقتراحها مسبقا. سرعة الدوران العالية سوف تكون كافية لطرد ما يكفي من مواد الأرض لتشكيل قمر متشابه كيميائيا.
معدل الدوران الأسرع لن يكون غير متوقع في النظام الشمسي المبكر، ففي ذلك الوقت ربما كان طول اليوم يدوم فقط لساعتين أو ثلاث ساعات.
النماذج للصدم السابقة اقترحت أن نظام القمر والأرض لديه نفس الزخم الزاوي الموجود اليوم. على الرغم من وجود نقطة في تكوين القمر يمكن أن يتغير عندها الزخم الزاوي خاصة عندما تنحسر الكتلة المتحطمة من الأرض. هذا العمل يظهر ان النظرية ليست مستبعدة إذا تم استيفاء الشروط حول البنية الداخلية للأرض والقمر. وقد اقترح العلماء اليوم أن دوران الأرض قد أبطأ بالاحتكاك مع جاذبية الشمس. وأن الزخم المداري من الأرض والشمسي يستنزف الزخم المداري من النظام.
جدل حول فرضية الاصطدام
المشكلة التي أدت إلى تشكيل أبحاث جديدة ربما لا تكون مشكلة. على الرغم من عدم وجود أجسام خارج كوكبية لها نفس التركيب الكيميائي للأرض، هناك جسما مماثل الحجم قد تشكل بالقرب من كوكب الأرض في النظام الشمسي المبكر، والذي يمكن أن يكون هو الجسم الصادم.
لذا التشابه في المركبات الكيميائية بين الأرض والقمر يبدو أنه يدعم ولا يدحض فكرة أن القمر قد تشكل من مادة أرضية تم تفجيرها في البداية وكان لذلك تأثيرا عميقا. نظرية الاصطدام العملاق لا تزال حية وهي لا تزال من أهم النظريات وهذا ليس يعني بالضرورة أنها صحيحة. هناك المزيد من العمل الذي يجب أن يتم إجرائه على كيفية انتقال مواد الأرض وبشكل أساسي المواد الحاملة للماء نحو القمر، وكمية المدة التي استغرقتها هذه المواد لتمزج وتشكل القمر.[2]