سیاره مشتری ممکن است عامل وجود ماه زمین باشد

در اوایل شکل‌گیری منظومه شمسی، زمانی بین ۶۰ تا ۱۰۰ میلیون سال پس از تولد خورشید، ظاهرا رویدادی موسوم به ناپایداری سیاره‌های بزرگ به هرج و مرج در میان سیاره‌ها منجر و موجب شد تا غول‌های گازی جابه‌جا و در مدارهای فعلی خود ساکن شدند.

دانشمندان معتقدند سیاره‌های مهاجر به‌ویژه سیاره مشتری احتمالا با از بین بردن ثبات مداری پیش‌سیاره‌ای در ابعاد مریخ موسوم به تیا، زمینه‌ساز شکل‌گیری ماه شده‌اند. این ناپایداری عامل برخورد تیا با زمین بوده است. در نتیجه‌ی این برخورد قطعاتی از زمین به داخل فضا پرتاب شدند و به مرور ماه را تشکیل دادند.

به لطف پژوهش‌های مرتبط با ترکیب و موقعیت انواع مختلف سیارک‌ها و دنباله‌دارها، دانشمندان می‌دانند که رویداد فاجعه‌بار یادشده در اوایل تاریخ منظومه شمسی رخ داده است. با این‌حال هنوز معماهای زیادی درباره‌ی این دوره وجود دارد.

برای مثال دانشمندان می‌دانند اجرام امروزی منظومه‌ی شمسی به‌ویژه زمین، از دیسک گاز و غبار اطراف خورشید شکل گرفته‌اند. با این‌حال، برخی از این مواد مثل سیارک‌ها و دنباله‌دارها از مواد داخل دیسک تشکیل نشده‌‌‌اند. در عوض شکل‌گیری این اجرام در فاصله‌ی نزدیک به خورشید قابل درک‌تر است. اگر مشتری و دیگر سیاره‌های غول‌پیکر از محل شکل‌گیری خود مهاجرت کرده باشند، احتمالا سیارک‌ها و دنباله‌دارها هم قادر به این کار بوده‌اند.

در منظومه‌ی شمسی جوان، چهار سیاره غول گازی یعنی مشتری، زحل، اورانوس و نپتون در فاصله‌ی نزدیکی نسبت به یکدیگر قرار داشتند. به‌مرورزمان، برهم‌کنش‌های گرانشی با خرده‌سیاره‌های آن‌سوی نپتون باعث شد زحل، اورانوس و نپتون به سمت بیرون مهاجرت کنند، در حالی که مشتری به سمت داخل حرکت کرد و به‌این‌ترتیب به ناپایداری اجرام بخش داخلی منظومه‌ی شمسی منجر شد. به گفته‌ی کریسا اودلیدو، دانشمند سیاره‌ای دانشگاه لستر:

فرضیه‌ی ناپایداری مداری امروزه به خوبی در جامعه‌ی سیاره‌ای پذیرفته شده است، با این‌حال زمان رخ دادن این ناپایداری هنوز موضوع بحث است.

دانشمندان نظریه‌ی ناپایداری را «مدل نیس» می‌نامند. نام این مدل برگرفته از نام شهر میزبان رصدخانه‌ی کوت دازور در فرانسه است که برای اولین بار این فرضیه در آنجا مطرح شد. در ابتدا دانشمندان تصور می‌کردند این ناپایداری بین ۵۰۰ میلیون تا ۸۰۰ میلیون سال پس از تولد خورشید رخ داد. در صورتی که این فرضیه حقیقت داشته باشد، همزمان با رویدادی موسوم به بمباران سنگین پسین است که طی آن سیاره‌های داخلی منظومه‌ی شمسی هدف بمباران دنباله‌دارهایی بودند که به لطف مهاجرت غول‌های گازی از مدار خود منحرف شده بودند.

با این‌حال شواهدی خلاف بمباران سنگین پسین وجود دارند و به باور دانشمندان ناپایداری حداکثر ۱۰۰ میلیون سال پس از شکل‌گیری منظومه شمسی رخ داد؛ یعنی زمانی که مشتری می‌توانست سیارک‌های تروجانش را در نقاط لاگرانژی L4 و L5 خود تصاحب کند. کوین والش از مؤسسه‌ی پژوهشی بولدر کلرادو می‌گوید:

به نظر می‌رسد این توافق وجود دارد که ناپایداری مشابه مدل نیس کمتر از ۱۰۰ میلیون سال پس از شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی رخ داده است، اما نظریه‌های متفاوتی در حال ظهور هستند. بر اساس یک نظریه، ناپایداری ممکن است به‌سرعت و تنها در فاصله‌ی چهار میلیون سال از شکل‌گیری منظومه شمسی رخ داده باشد. گروهی دیگر بر این باورند که دیرتر و حدود ۶۰ میلیون سال بعد رخ داده است. آودلیدو به کمک والش و دیگر دانشمندان سیاره‌ای به دنبال پاسخ این معما هستند.

پژوهشگرها بر نوعی شهاب‌سنگ به نام EL کندریت انستاتیت تمرکز کردند که دارای فراوانی اندک آهن است و از نظر ترکیب و نسبت ایزوتوپی شباهت زیادی به مواد تشکیل‌دهنده‌ی زمین دارد. آن‌ها با بررسی این شهاب‌سنگ می‌توانند بگویند زمین و کندریت‌های EL احتمالا از بخش یکسانی از دیسک شکل‌گیری ستاره‌ای سرچشمه گرفته‌اند.

با این‌حال بدنه‌ی میزبان کندریت EL دیگر نزدیک به زمین نیست. در واقع بر اساس رصدهای نجومی تلسکوپ‌های زمینی، این شهاب‌سنگ‌ها به خانواده‌ی سیارک‌های آتور تعلق دارند که در فاصله‌ی بسیار دوردست در کمربند سیارکی بین مریخ و مشتری قرار دارد. خانواده‌ی آتور و کندریت‌های EL زمانی بخشی از یک سیارک بزرگ بودند که در برخورد نزدیک به سه میلیارد سال پیش قطعه قطعه شدند. این رویداد ربطی به ناپایداری بزرگ ندارد.

با این حال قطعا قرار گرفتن جد خانواده‌ی آتور در کمربند سیارکی، دلیل داشته است. به باور دانشمندان این عامل همان آشوبی است که به سرگردانی مشتری انجامید؛ بنابراین کندریت‌های EL زمان‌سنج‌های خوبی برای این رویداد به شمار می‌روند، زیرا سابقه‌ی شفافی از اتفاقات را در خود دارند.

پژوهشگرها با استفاده از شبیه‌سازی‌های متغیر، سناریوهای متعددی را برای مهاجرت سیاره‌ی مشتری مدلسازی کردند. آن‌ها در نهایت به این نتیجه رسیدند که سیاره‌ی مشتری حدود ۶۰ میلیون سال پس از تولد منظومه شمسی باعث قرار گرفتن جرم میزبان آتور در کمربند سیارکی شد. حالا دانشمندان می‌توانند بگویند ناپایداری بزرگ بین ۶۰ میلیون تا ۱۰۰ میلیون سال رخ داده است. بر اساس توضیحات والش:

آدولیدو متوجه شد مدل نیس که بر اساس آن مدار سیاره‌های غول‌پیکری در بازه‌ای ۱۰ تا ۲۰ میلیون ساله در هم می‌ریزند، بهترین و شاید تنها زمان ارسال سیارک‌ها به منطقه‌ی خانواده‌ی سیارکی آتور بوده است.

از سویی، برخورد بین زمین و تیا که به شکل‌گیری ماه انجامید در همین زمان رخ داده است. به گفته‌ی آودلیدو:

می‌دانیم برخورد بزرگی بین پیش‌سیاره زمین و تیا رخ داده است که دارای ترکیب بسیار مشابه بوده‌اند. تخمین‌های سنی موجود، حاصل نمونه‌های دریافتی از ماه هستند. درحالی‌که دیگر همکاران نشان می‌دهند این برخورد نتیجه‌ی ناپایداری سیاره‌های بزرگ بوده است.

البته راهی برای اثبات دقیق ادعای فوق وجود ندارد زیرا وقتی بحث ۴٫۵ میلیارد سال پیش به میان می‌آید، اثبات یک نظریه کار دشواری خواهد بود. با این‌حال پژوهشگرها بر این مسئله توافق دارند که برخورد تشکیل دهنده‌ی ماه زمین همزمان با ناپایداری سیاره‌ غول‌پیکر رخ داده است. به نوشته آودلیدو:

پژوهش ما این رویدادها را در یک بازه‌ی زمانی منسجم قرار می‌دهد. با اینکه رسیدن به اثباتی جامع برای تأثیر مشتری بر شکل‌گیری ماه زمین ممکن نیست، شواهد کاملا بیانگر هستند.

بنابراین دفعه‌ی بعد که به چهره‌ی نقره‌ای ماه در آسمان شب نگاه می‌کنید، بدانید که ماه زمین میراث شرایط آغازین منظومه شمسی است؛ یعنی زمانی که پای مشتری در میان بود.

یافته‌های پژوهش ۱۶ آوریل در مجله‌ی ساینس منتشر شد.