Αποκωδικοποιώντας τα σημάδια της γένεσης της Σελήνης

Η συνεστία, μια νέα κατηγορία ουράνιων σωμάτων, ίσως είναι το κλειδί για την πληρέστερη εξήγηση της προέλευσης του φεγγαριού και τη συμπλήρωση των κενών της θεωρίας της γιγαντιαίας σύγκρουσης

Απεικόνιση της συνεστίας από την οποία ίσως δημιουργήθηκε το σύστημα Γης - Σελήνης, την περίοδο που η συνεστία έχει ήδη συρρικνωθεί αρκετά ώστε να έχει ξεπροβάλει από το εσωτερικό της η διάπυρη ακόμα Σελήνη

Τα περισσότερα από 400 κιλά δειγμάτων πετρωμάτων και ρεγόλιθου (σεληνιακού «χώματος»), που έφεραν πίσω οι επανδρωμένες αποστολές «Απόλλων» και οι ρομποτικές αποστολές των ΗΠΑ και της Σοβιετικής Ενωσης στη Σελήνη τις δεκαετίες 1960 και 1970, ανέτρεψαν τις μέχρι τότε κυρίαρχες θεωρίες για την προέλευση του δορυφόρου της Γης. Αυτά τα δείγματα εξάλειψαν τη θεωρία ότι η Σελήνη είχε συλληφθεί βαρυτικά από τη Γη, αλλά και τη θεωρία ότι είχε σχηματιστεί παράλληλα με αυτήν, ενώ αποκάλυψαν σημαντικές νέες λεπτομέρειες, όπως το γεγονός ότι κάποτε ο νεογέννητος δορυφόρος ήταν καλυμμένος με έναν ωκεανό μάγματος.
Η τεράστια Ενέργεια που χρειαζόταν για να σχηματιστεί ο ωκεανός μάγματος οδήγησε σε μια ριζοσπαστική ιδέα για την προέλευση της Σελήνης, την υπόθεση ότι ο κοντινότερος ουράνιος σύντροφος της Γης σχηματίστηκε μετά από μια γιγαντιαίων διαστάσεων σύγκρουση μεταξύ της πρωτο-Γης (της Γης στο πρωτοπλανητικό στάδιο) και ενός άλλου πλανητικού σώματος. Η ιδέα αυτή βασίστηκε σε υπολογισμούς που έδειχναν ότι οι αναπτυσσόμενοι πλανήτες δεν είναι καθόλου σπάνιο να συγκρουστούν μεταξύ τους. Ορισμένοι ερευνητές υπέθεσαν μάλιστα ότι αυτή η γιγαντιαία σύγκρουση ήταν που οδήγησε στην έναρξη περιστροφής της Γης ή στην επιτάχυνσή της, περιστροφή που σήμερα δημιουργεί τον 24ωρο κύκλο του ημερονυχτίου. Η εικασία γιγαντιαίας σύγκρουσης προβλέπει ότι υπήρξε μια πλάγια (λοξή) σύγκρουση ανάμεσα στην πρωτο-Γη και έναν πρωτοπλανήτη μεγέθους ανάλογου με του πλανήτη Αρη, που είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός θερμού δίσκου συντριμμιών βράχων γύρω από τη Γη. Από αυτόν τον δίσκο συντέθηκε τελικά η Σελήνη, σενάριο που εξηγεί τη μεγάλη μάζα της Σελήνης (πέμπτος μεγαλύτερος δορυφόρος στο ηλιακό σύστημα).

Υπερβολική ομοιότητα

Ωστόσο, η υπόθεση της γιγαντιαίας σύγκρουσης εμφανίζει κάποια κενά. Κορυφαίο είναι η εκπληκτική χημική ομοιότητα ανάμεσα στη Γη και τη Σελήνη. Αυτά τα δύο σώματα είναι φτιαγμένα από το ίδιο αρχικό υλικό, σαν να είναι πλανητικά δίδυμα, ενώ η τυπική εκδοχή της γιγαντιαίας σύγκρουσης προβλέπει ότι η Σελήνη θα έπρεπε να αποτελείται κυρίως από το υλικό του πρωτοπλανήτη που συγκρούστηκε με τη Γη. Η σύνθεση αυτού του πρωτοπλανήτη αναμφίβολα θα διέφερε από της Γης, επειδή οι πλανήτες, καθώς αναπτύσσονται μέσα στο δίσκο αερίων και σκόνης γύρω από ένα νεαρό άστρο, ενσωματώνουν ο καθένας διαφορετικά μείγματα συστατικών υλικών, αυτά δηλαδή που είναι διαθέσιμα στις τροχιές του καθενός. Οι επιστήμονες μπορούν να διακρίνουν τις διαφορές ανάμεσα στα μείγματα αυτά με την πραγματοποίηση υψηλής ακρίβειας μετρήσεων των συγκεντρώσεων των ισοτόπων διάφορων στοιχείων μέσα στα πετρώματα, συνθέτοντας έτσι το μοναδικό «ισοτοπικό αποτύπωμα» κάθε πλανητικού σώματος στο ηλιακό σύστημα. Εξαιρούνται η Γη και η Σελήνη, που παραδόξως έχουν σχεδόν πανομοιότυπο αποτύπωμα.
Αυτό το ισοτοπικό παράδοξο έμενε αναπάντητο επί δεκαετίες από την υπόθεση της γιγαντιαίας σύγκρουσης, χωρίς να διατυπώνεται καμία καλύτερη εναλλακτική εξήγηση για την προέλευση της Σελήνης. Τώρα, σε μια δεύτερη επιστημονική επανάσταση στον τομέα, διαπιστώνεται ότι οι περισσότερες γιγαντιαίες συγκρούσεις δεν δημιουργούν αμέσως έναν νέο πλανήτη. Αντίθετα, σχηματίζουν ένα σώμα που ανήκει σε μια καινούργια αστρονομική κατηγορία αντικειμένων, ένα μεταβατικό υβρίδιο μεταξύ πλανήτη και δίσκου, που ονομάζεται συνεστία και θα μπορούσε να εξηγήσει τα περισσότερα από τα περίεργα χαρακτηριστικά της Σελήνης, συμπληρώνοντας τα κενά της υπόθεσης της γιγαντιαίας σύγκρουσης. Οι ερευνητές συνέθεσαν την ονομασία του φαινομένου από το όνομα της αρχαιοελληνικής θεάς Εστίας, καθώς θεωρούν ότι το «σπίτι» μας, η Γη, προέκυψε από ένα τέτοιο σώμα, προσθέτοντας το πρόθεμα «συν» για να τονίσουν τη συνέργεια ανάμεσα στα υλικά του πλανήτη και του δίσκου γύρω του.

Βροχή μάγματος

Οι συνεστίες μπορεί να έχουν διάφορα σχήματα και μεγέθη, ανάλογα με την εσωτερική σε αυτές κατανομή μάζας, Ενέργειας και στροφορμής. Τα χαρακτηριστικά τους εξαρτώνται από το πώς δημιουργήθηκαν. Η ομαλή θέρμανση ενός πλανήτη δημιουργεί μια συνεστία που μοιάζει με «ιπτάμενο δίσκο», αλλά οι γιγαντιαίες συγκρούσεις προκαλούν το σχηματισμό πιο «φουσκωτών» συνεστιών, που μοιάζουν με λουκουμάδες. Σύμφωνα με τους επιστήμονες που τις ανακάλυψαν, το γεγονός ότι κανείς - ούτε οι ίδιοι - τις είχαν εντοπίσει έως τώρα οφείλεται σε λάθος προσδοκίες. Στο φάσμα των γιγαντιαίων συγκρούσεων που θα μπορούσαν να σχηματίσουν τη Σελήνη, η Ενέργεια και η στροφορμή ενός ουράνιου σώματος σαν τον Αρη είναι πολύ μικρές για να σχηματίσουν μια συνεστία. Επικεντρώνοντας σε πρωτοπλανήτες πρόσκρουσης με αρειανά χαρακτηριστικά, ολόκληρο το αστρονομικό πεδίο - γενιές επιστημόνων - παραπλανήθηκαν νομίζοντας ότι ένας πλανήτης και ένας δίσκος συντριμμιών γύρω του είναι το μοναδικό αποτέλεσμα μιας γιγαντιαίας σύγκρουσης.
Η θερμοκρασία μιας συνεστίας καθορίζεται από το σημείο βρασμού των πετρωμάτων, το οποίο στα εξωτερικά της στρώματα, εκεί που επικρατεί χαμηλή πίεση, είναι μεγαλύτερη από 2.000 βαθμούς Κελσίου. Η ψύξη αυτών των στρωμάτων, λόγω ακτινοβόλησης Ενέργειας στο Διάστημα, προκαλεί συμπύκνωση των ατμών σε υγρή μορφή, οπότε σταγονίδια μάγματος πέφτουν σαν βροχή προς το εσωτερικό της συνεστίας. Σε αυτό το σενάριο ένα φεγγάρι αρχίζει να σχηματίζεται ως μια μικρή σφαίρα λιωμένων βράχων και μετάλλων, που δεν εξατμίστηκε κατά τη γιγαντιαία σύγκρουση. Η σφαίρα αυτή μεγαλώνει με κάθε σταγόνα μάγματος που πέφτει πάνω της, καθώς περιφέρεται μέσα στο νέφος της συνεστίας. Η ψύξη της συνεστίας οδηγεί σταδιακά στη συρρίκνωσή της και μετά από μερικές δεκάδες χρόνια συρρικνώνεται αρκετά ώστε να αποκαλυφθεί το φεγγάρι. Το σενάριο εξηγεί την ισοτοπική ομοιότητα Γης και Σελήνης, καθώς η συνεστία από την οποία προήλθαν φτιάχτηκε από τα εξαερωμένα και καλά αναμεμειγμένα υλικά των δύο αρχικών σωμάτων.

«Συνταγή»

Η συνεστία μπορεί να εξηγήσει και άλλα σεληνιακά μυστήρια. Παρά την ισοτοπική ομοιότητα, η Σελήνη δεν έχει την ίδια χημική σύσταση με τη Γη, καθώς διαθέτει μικρότερες ποσότητες πτητικών (που γίνονται εύκολα αέρια) χημικών στοιχείων, όπως το υδρογόνο και το άζωτο, αλλά και λιγότερο πτητικών, όπως το νάτριο και το κάλιο. Η τυπική θεωρία της γιγαντιαίας σύγκρουσης δεν μπορεί να εξηγήσει αυτήν τη διαπίστωση. Σύμφωνα με την εικασία της συνεστίας, τα πτητικότερα στοιχεία θα παρέμεναν σε αέρια μορφή κατά τη διάρκεια της βροχής μάγματος, έτσι η Σελήνη δεν θα αποκτούσε μεγάλες ποσότητες από αυτά. Τα πτητικά υλικά θα παρασύρονταν προς το κέντρο της συρρικνούμενης συνεστίας και θα κατέληγαν τελικά να γίνουν μέρος της Γης. Με βάση τις προσομοιώσεις, η «συνταγή» για να αποκτήσει η Σελήνη τη χημική της σύνθεση προβλέπει την εξάτμιση δύο πρωτοπλανητικών σωμάτων μετά από γιγαντιαία μεταξύ τους σύγκρουση, καλό ανακάτεμα και... ψήσιμο στους 4.000 βαθμούς Κελσίου, σε «φούρνο με αέρα» (μετάδοση θερμότητας με συναγωγή) επί 10 έως 100 χρόνια.
Προς το παρόν οι συνεστίες έχουν παρατηρηθεί μόνο στην οθόνη υπολογιστή, σε μαθηματικά μοντέλα προσομοίωσης γιγαντιαίων συγκρούσεων, αλλά οι επιστήμονες ελπίζουν ότι όσο μεγαλώνει η διακριτική ικανότητα των τηλεσκοπίων, ίσως εντοπιστούν κάποιες σε υπό διαμόρφωση πλανητικά συστήματα, δίνοντάς μας τη δυνατότητα να παρακολουθήσουμε μια αναπαράσταση του πώς σχηματίστηκε το σύστημα Γης - Σελήνης. Αν και σύμφωνα με τις προσομοιώσεις το φαινόμενο των συνεστιών κάθε άλλο παρά σπάνιο είναι, ο προσωρινός χαρακτήρας του καθιστά πολύ δύσκολο τον εντοπισμό του.

Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»