9.4: أصل القمر

أهداف التعلم

في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:

• وصف الفرضيات الثلاث الأولى لتكوين القمر
• لخص مفهوم «التأثير العملاق» الحالي لكيفية تشكل القمر

من سمات العلم الحديث أن نسأل كيف نشأت الأشياء. ومع ذلك، فقد ثبت أن فهم أصل القمر يمثل تحديًا لعلماء الكواكب. جزء من الصعوبة هو ببساطة أننا نعرف الكثير عن القمر (على عكس مشكلتنا المعتادة في علم الفلك). كما سنرى، تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في أن القمر يشبه الأرض بشكل محير ومختلف بشكل محبط.

أفكار لأصل القمر

اتبعت معظم الفرضيات السابقة لأصل القمر واحدة من ثلاث أفكار عامة:

1. نظرية الانشطار - كان القمر في يوم من الأيام جزءًا من الأرض، ولكنه انفصل عنه بطريقة ما في وقت مبكر من تاريخه.
2. النظرية الشقيقة - تشكل القمر مع الأرض (ولكن بشكل مستقل عنها)، حيث نعتقد أن العديد من أقمار الكواكب الخارجية تشكلت.
3. نظرية الالتقاط - تشكل القمر في مكان آخر في النظام الشمسي وتم التقاطه بواسطة الأرض.

لسوء الحظ، يبدو أن هناك مشاكل أساسية في كل من هذه الأفكار. ربما تكون أسهل فرضية للرفض هي نظرية الالتقاط. عيبه الأساسي هو أنه لا أحد يعرف بأي طريقة يمكن بها للأرض المبكرة أن تلتقط مثل هذا القمر الكبير من أي مكان آخر. لا يمكن لجسم يقترب من آخر أن يدور حوله دون فقدان كبير للطاقة؛ هذا هو السبب في أن المركبات الفضائية الموجهة للدوران حول كواكب أخرى مجهزة بصواريخ رجعية. علاوة على ذلك، إذا حدث مثل هذا الالتقاط، فإن الجسم الملتقط سيذهب إلى مدار غريب جدًا بدلاً من المدار الدائري تقريبًا الذي يشغله قمرنا اليوم. أخيرًا، هناك الكثير من أوجه التشابه التركيبية بين الأرض والقمر، ولا سيما جزء مماثل من النظائر الرئيسية ¹ للأكسجين، لتبرير البحث عن أصل مستقل تمامًا.

تم اقتراح فرضية الانشطار، التي تنص على أن القمر انفصل عن الأرض، في أواخر القرن التاسع عشر. أظهرت الحسابات الحديثة أن هذا النوع من الانشطار التلقائي أو الانقسام مستحيل. علاوة على ذلك، من الصعب فهم كيف يمكن للقمر المصنوع من مادة أرضية بهذه الطريقة أن يطور العديد من الاختلافات الكيميائية المميزة المعروفة الآن بأنها تميز جارتنا.

لذلك تُرك العلماء مع الفرضية الشقيقة - وهي أن القمر تشكل بجانب الأرض - أو مع بعض التعديلات لفرضية الانشطار التي يمكن أن تجد طريقة أكثر قبولًا لانفصال المادة القمرية عن الأرض. ولكن كلما تعلمنا المزيد عن قمرنا، كلما قلت هذه الأفكار القديمة التي تناسب الفاتورة.

فرضية التأثير العملاق

في محاولة لحل هذه التناقضات الظاهرة، طور العلماء فرضية رابعة لأصل القمر، وهي فرضية تنطوي على تأثير عملاق في وقت مبكر من تاريخ الأرض. هناك أدلة متزايدة على أن أجزاء كبيرة من المواد - أجسام ذات كتلة كوكبية أساسًا - كانت تدور في النظام الشمسي الداخلي في الوقت الذي تشكلت فيه الكواكب الأرضية. تتصور فرضية التأثير العملاق إصابة الأرض بشكل غير مباشر بجسم يبلغ تقريبًا عُشر كتلة الأرض - «رصاصة» بحجم المريخ. هذا هو تقريبًا أكبر تأثير يمكن أن تواجهه الأرض دون أن تتحطم.

مثل هذا التأثير من شأنه أن يعطل جزءًا كبيرًا من الأرض ويقذف كمية هائلة من المواد إلى الفضاء، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة كافية تقريبًا لتفكيك الكوكب. تشير عمليات المحاكاة الحاسوبية إلى أن المواد التي يبلغ مجموعها عدة في المائة من كتلة الأرض يمكن إخراجها في مثل هذا التأثير. ستكون معظم هذه المواد من عباءات الأرض الحجرية والجسم المصاب، وليس من نواتها المعدنية. ثم تم تبريد بخار الصخور المقذوف وشكل حلقة من المواد تدور حول الأرض. كان هذا الخاتم هو الذي تكثف في النهاية في القمر.

في حين أننا لا نملك أي طريقة حالية لإظهار أن فرضية الارتطام العملاق هي النموذج الصحيح لأصل القمر، إلا أنها تقدم حلولًا محتملة لمعظم المشكلات الرئيسية التي تثيرها كيمياء القمر. أولاً، نظرًا لأن المادة الخام للقمر مشتقة من عباءات الأرض والمقذوف، فإن غياب المعادن يمكن فهمه بسهولة. ثانيًا، كان من الممكن فقدان معظم العناصر المتطايرة خلال مرحلة ارتفاع درجة الحرارة بعد التأثير، مما يفسر نقص هذه المواد على القمر. ومع ذلك، فمن خلال جعل القمر أساسًا من مادة الوشاح الأرضي، من الممكن أيضًا فهم أوجه التشابه مثل الوفرة المتطابقة لنظائر الأكسجين المختلفة.

ملخص

كانت الفرضيات القياسية الثلاث لأصل القمر هي فرضية الانشطار، والفرضية الشقيقة، وفرضية الالتقاط. جميعها تعاني من مشاكل، وقد حلت محلها فرضية الارتطام العملاق، التي تعزو أصل القمر إلى تأثير قذيفة بحجم المريخ على الأرض قبل 4.5 مليار سنة. أدى الحطام الناتج عن الاصطدام إلى تكوين حلقة حول الأرض أدت إلى تكثيف وتشكيل القمر.

الحواشي

¹ تذكر من فصل الإشعاع والطياف أن مصطلح النظائر يعني «نسخة» مختلفة من العنصر. على وجه التحديد، تحتوي النظائر المختلفة لنفس العنصر على أعداد متساوية من البروتونات ولكن بأعداد مختلفة من النيوترونات (كما هو الحال في الكربون 12 مقابل الكربون 14.)