Ο σχηματισμός της Σελήνης

Σύμφωνα με την ευρέως αποδεκτή υπόθεση της γιγαντιαίας πρόσκρουσης, η Σελήνη σχηματίστηκε πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν ένα σώμα μεγέθους Άρη, που ονομαζόταν Θεία, συγκρούστηκε με τη Γη. Προσομοιώσεις και αναλύσεις σεληνιακών πετρωμάτων υποδηλώνουν ότι η Σελήνη αποτελείται κυρίως από υλικό από τον μανδύα της Θείας, ο οποίος είναι παρόμοιος σε σύσταση με τον μανδύα της Γης.

Η χημική σύσταση της Σελήνης

Ωστόσο, οι πλανήτες τυπικά έχουν διακριτές χημικές συνθέσεις. Εάν η Θεία είχε σχηματιστεί μακριά από τη Γη, η σύστασή της θα έπρεπε να ήταν διαφορετική και η σύσταση της Σελήνης δεν θα έπρεπε να μοιάζει με τον μανδύα της Γης.

Το μυστήριο του βολφραμίου

Ένα στοιχείο που περιπλέκει την ιστορία της προέλευσης της Σελήνης είναι το βολφράμιο. Το βολφράμιο είναι ένα στοιχείο που αγαπά τον σίδηρο και τείνει να βυθίζεται προς τους πυρήνες των πλανητών. Επομένως, η Σελήνη και η Γη θα έπρεπε να έχουν πολύ διαφορετικές ποσότητες βολφραμίου, καθώς ο πλούσιος σε βολφράμιο μανδύας της Θείας θα είχε ενσωματωθεί στη Σελήνη κατά την πρόσκρουση.

Ισοτοπικές ομοιότητες

Δύο ανεξάρτητες μελέτες εξέτασαν την αναλογία δύο ισοτόπων βολφραμίου σε σεληνιακά πετρώματα και δείγματα της Γης. Ανακάλυψαν ότι τα σεληνιακά πετρώματα έχουν ελαφρώς περισσότερο βολφράμιο-182 από τη Γη, ένα συναρπαστικό εύρημα καθώς το βολφράμιο-182 παράγεται από τη ραδιενεργή διάσπαση του άφνιου-182, το οποίο έχει μικρό χρόνο ημιζωής.

Η υπόθεση της όψιμης επικάλυψης

Η απλούστερη λύση στο μυστήριο του βολφραμίου είναι η υπόθεση της όψιμης επικάλυψης. Αυτή η υπόθεση υποδηλώνει ότι η Γη και η πρωτο-Σελήνη είχαν αρχικά παρόμοιες αναλογίες ισοτόπων βολφραμίου. Ωστόσο, καθώς η Γη είναι μεγαλύτερη και πιο ογκώδης, συνέχισε να προσελκύει πλανητεσιμαλίδια μετά την πρόσκρουση, προσθέτοντας νέο υλικό στον μανδύα της. Αυτή η όψιμη επικάλυψη θα είχε περισσότερο βολφράμιο-184 σε σχέση με το βολφράμιο-182, ενώ η Σελήνη θα είχε διατηρήσει την αναλογία από την πρόσκρουση.

Αποδείξεις για μια όψιμη επικάλυψη

Η υπόθεση της όψιμης επικάλυψης υποστηρίζεται από το γεγονός ότι η Γη έχει περισσότερα σιδηρόφιλα στοιχεία (στοιχεία που αγαπούν τον σίδηρο) στον μανδύα της από ό,τι αναμενόταν. Αυτά τα στοιχεία θα έπρεπε να είχαν βυθιστεί στον πυρήνα, αλλά πρέπει να μεταφέρθηκαν στη Γη μετά τον σχηματισμό του πυρήνα από προσκρούσεις μετεωριτών.

Ομοιότητα αναλογιών ισοτόπων βολφραμίου

Για να ταιριάζει η πρωτο-Σελήνη με την αναλογία βολφραμίου της Γης, η Θεία και η Γη πρέπει να είχαν ξεκινήσει με πολύ παρόμοιες αφθονίες βολφραμίου. Η επίλυση αυτού του παζλ θα απαιτήσει περαιτέρω πλανητικές μελέτες, αλλά η ιστορία της σεληνιακής προέλευσης γίνεται όλο και πιο ξεκάθαρη.

Ο ρόλος των πλανητεσιμαλιδίων στον σχηματισμό της Σελήνης

Οι προσομοιώσεις έχουν δείξει ότι είναι πιο πιθανό να συμβούν μεγάλες προσκρούσεις μεταξύ σωμάτων που σχηματίστηκαν κοντά μεταξύ τους και επομένως έχουν παρόμοιες συνθέσεις. Αυτό υποστηρίζει την ιδέα ότι η Θεία σχηματίστηκε σχετικά κοντά στη Γη.

Πλανητεσιμαλίδια και η όψιμη επικάλυψη

Τα πλανητεσιμαλίδια συνέχισαν να βομβαρδίζουν το νεαρό ηλιακό σύστημα μετά τον σχηματισμό της Σελήνης. Η Γη πήρε περισσότερο από αυτό το ύστερο υλικό επικάλυψης από τη Σελήνη, γεγονός που συνέβαλε περαιτέρω στις διαφορές στη σύστασή τους.

Το ηλιακό νεφέλωμα: Μια νέα πηγή για το νερό της Γης

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες πίστευαν ότι το νερό της Γης προήλθε από γεμάτους πάγο κομήτες και αστεροειδείς. Ωστόσο, νέα έρευνα υποδηλώνει ότι το ηλιακό νεφέλωμα, νέφη αερίου και σκόνης που σχηματίστηκαν μετά τη γέννηση του ήλιου, μπορεί επίσης να έπαιξε ρόλο.

Η χημική σύσταση του νερού είναι απλή: δύο μέρη υδρογόνου και ένα μέρος οξυγόνου. Το υδρογόνο είναι άφθονο στο σύμπαν, επομένως οποιαδήποτε πηγή υδρογόνου θα μπορούσε να έχει συμβάλει στο νερό της Γης.

Υδρογόνο από το ηλιακό νεφέλωμα

Το υδρογόνο αερίου μέσα στο ηλιακό νεφέλωμα ενσωματώθηκε στους πλανήτες κατά τον σχηματισμό τους. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του υδρογόνου παραμένει παγιδευμένο στον πυρήνα της Γης, αλλά κάποιο δραπέτευσε και συνέβαλε στα δομικά στοιχεία των μορίων νερού. Αυτό το υδρογόνο έχει χαμηλότερη αναλογία δευτερίου, ενός βαρέος ισοτόπου υδρογόνου, προς το κανονικό υδρογόνο από το νερό των αστεροειδών ή των κομητών.

Αστεροειδείς με πολύ νερό και αλληλεπιδράσεις με το ηλιακό νεφέλωμα

Νωρίς στην ιστορία της Γης, αστεροειδείς με πολύ νερό συγκρούστηκαν μεταξύ τους, σχηματίζοντας πλανητικά έμβρυα με ένα εξωτερικό στρώμα μάγματος. Το αέριο του ηλιακού νεφελώματος, πλούσιο σε υδρογόνο, συνάντησε αυτό το μάγμα, δημιούργησε μια ατμόσφαιρα και έστειλε διαλυμένο υδρογόνο στο εσωτερικό των εμβρύων.

Ισοτοπικός κατακερματισμός και κατανομή του νερού στη Γη

Ο ισοτοπικός κατακερματισμός έκανε το κανονικό υδρογόνο να κινηθεί βαθύτερα στον πυρήνα, ενώ τα ισότοπα δευτερίου παρέμειναν στον μανδύα. Καθώς η Γη συγχωνεύτηκε με άλλα ουράνια σώματα, κέρδισε αρκετό νερό και μάζα για να φτάσει στο τελικό της μέγεθος.

Η σημασία του υδρογόνου του ηλιακού νεφελώματος

Οι επιπτώσεις αστεροειδών δημιούργησαν το μεγαλύτερο μέρος του νερού της Γης, αλλά ένα μικρό τμήμα κοντά στον πυρήνα φαίνεται να προέρχεται από το ηλιακό νεφέλωμα. Αυτό το εύρημα υποδηλώνει ότι ακόμη και πλανήτες μακριά από αστεροειδείς πλούσιους σε νερό μπορεί να έχουν νερό.

Επιπτώσεις για την κατοικησιμότητα των εξωπλανητών

Τα ευρήματα της ομάδας θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την κατοικησιμότητα άλλων πλανητών. Δείχνουν ότι οι πλανήτες μπορεί να έχουν ένα “πάτωμα” νερού ανεξάρτητα από την απόστασή τους από πηγές νερού. Αυτό υποστηρίζει την ιδέα της ταχείας πλανητικής ανάπτυξης και της δυνατότητας ζωής σε άλλους κόσμους.

Πρόσθετες πληροφορίες

• Το νερό που βρέθηκε βαθιά μέσα στο εσωτερικό της Γης έχει διαφορετική αναλογία βαρέων ισοτόπων υδρογόνου και κανονικού υδρογόνου, που υποδεικνύει ένα ξεχωριστό σημείο προέλευσης από αστεροειδείς και κομήτες.
• Το αέριο του ηλιακού νεφελώματος συνέβαλε στο σχηματισμό ενός στα εκατό μόρια νερού στη Γη.
• Το νερό της Γης είναι πιθανότατα ένας συνδυασμός πηγών, συμπεριλαμβανομένων αστεροειδών, κομητών και του ηλιακού νεφελώματος.
• Η παρουσία υδρογόνου του ηλιακού νεφελώματος στο νερό της Γης έχει επιπτώσεις για την κατανόηση της κατοικησιμότητας άλλων πλανητών.