تحقیقات جدید نشان می‌دهند که تِییا و زمین همسایه بودند
حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش، بزرگ‌ترین رویداد در تاریخ زمین رخ داد: یک جرم سماوی عظیم به نام تِییا با زمین جوان برخورد کرد. نحوهٔ وقوع این برخورد و آنچه دقیقاً پس از آن اتفاق افتاد، هنوز به‌طور قطعی مشخص نشده است. آنچه یقین دارد این است که به‌دلیل این اتفاق، اندازه، ترکیب و مدار زمین تغییر کرد و این برخورد تولد همراه دائم ما در فضا، یعنی ماه، را نشان داد.
این جرم چه نوعی بود که به‌گونه‌ای چشمگیر مسیر رشد سیارهٔ ما را تغییر داد؟ تِییا چقدر بزرگ بود؟ از چه موادی ساخته شده بود؟ و از کدام بخش از منظومه شمسی به سمت زمین شتابیده بود؟
پیدا کردن پاسخ‌های این سؤالات دشوار است؛ چرا که تِییا در برخورد کاملاً نابود شد. با این وجود، ردپای آن هنوز امروز قابل شناسایی است؛ برای مثال در ترکیب زمین و ماه کنونی.
در مطالعه‌ای که در مجله Science منتشر شد، پژوهشگرانی به رهبری موسسه ماکس پلانک برای تحقیقات منظومهٔ شمسی (MPS) و دانشگاه شیکاگو از این اطلاعات برای استخراج «فهرست ترکیبات» ممکن تِییا استفاده کردند و از این طریق مکان پیدایش آن را برآورد کردند.
«ترکیب یک جرم تمام تاریخچهٔ تشکیل آن، شامل مکان پیدایشش، را به‌صورت آرشیوی ثبت می‌کند»، گفت تورستن کلین، مدیر MPS و یکی از نویسندگان این مطالعهٔ جدید.
نسبت‌های حضور برخی ایزوتپ‌های فلزی در یک جرم، به‌ویژه نشانگر هستند. ایزوتپ‌ها نسخه‌های متفاوتی از یک عنصر هستند که تنها در تعداد نوترون‌های هستهٔ اتمی خود فرق می‌کنند و در نتیجه وزن متفاوتی دارند.
در اوایل منظومهٔ شمسی، احتمالاً ایزوتپ‌های یک عنصر به‌طور یکنواخت توزیع نشده بودند. به‌عنوان مثال، در لبهٔ خارجی منظومه، ایزوتپ‌ها نسبت کمی متفاوتی نسبت به نزدیکی خورشید داشتند. بنابراین، اطلاعاتی دربارهٔ منشا مواد اولیهٔ اولیه‌اش در ترکیب ایزوتپی یک جرم ذخیره می‌شود.
جستجوی ردپای تِییا در زمین و ماه
در این مطالعه، تیم پژوهشی نسبت ایزوتپ‌های مختلف آهن را در سنگ‌های زمین و ماه با دقت بی‌سابقه‌ای تعیین کرد. برای این منظور، ۱۵ سنگ زمینی و شش نمونهٔ ماه را که فضانوردان مأموریت آپولو به‌زمین بازگردانده بودند، مورد بررسی قرار دادند.
نتیجه چندان شگفت‌انگیز نیست: همان‌گونه که اندازه‌گیری‌های پیشین نسبت ایزوتپ‌های کرومیوم، کلسیم، تیتانیوم و زیرکونیوم نشان داده بود، زمین و ماه در این زمینه غیرقابل تمایز هستند.
با این حال، این شباهت زیاد امکان‌پذیر نمی‌سازد که به‌طور مستقیم دربارهٔ تِییا نتیجه‌گیری کنیم. به‌دلیل تعداد زیاد سناریوهای ممکن برخورد، استدلال مستقیم دشوار است. اگرچه بیشتر مدل‌ها فرض می‌کنند که ماه تقریباً به طور کامل از مواد تِییا تشکیل شده است، اما این امکان نیز وجود دارد که عمدتاً از مواد لایهٔ ماننۀ اولیهٔ زمین باشد یا سنگ‌های زمین و تِییا به طور ناگسستنی مخلوط شده باشند.
مهندسی معکوس یک سیاره
برای آشنایی بیشتر با تِییا، پژوهشگران نوعی مهندسی معکوس برای سیاره‌ها به کار گرفتند. با توسل به شباهت نسبت‌های ایزوتپی در سنگ‌های زمینی و ماه امروز، تیم بررسی کرد که ترکیب‌ها و اندازه‌های مختلف تِییا و ترکیب زمین اولیه چه وضعیتی می‌توانست منجر به این حالت نهایی شود.
در تحقیقات خود، پژوهشگران نه تنها به ایزوتپ‌های آهن، بلکه به ایزوتپ‌های کرومیوم، مولیبدن و زیرکونیوم نیز نگریستند. این عناصر مختلف دسترسی به مراحل متفاوتی از شکل‌گیری سیاره‌ها را فراهم می‌کنند.
بسیار پیش از برخورد ویرانگر با تِییا، فرایند جداسازی‌ای درون زمین اولیه رخ داده بود. با شکل‌گیری هستهٔ آهنی، برخی عناصر همچون آهن و مولیبدن در آن تجمع یافتند؛ به‌طوری که پس از آن به‌طور عمده از لایهٔ ماننۀ سنگی به‌دست نیامدند.
آهن موجود در ماننۀ امروز زمین می‌تواند تنها پس از تشکیل هسته وارد شده باشد؛ برای مثال به‌وسیلهٔ تِییا. عناصری نظیر زیرکونیوم که به هسته فرو نرفته‌اند، تمام تاریخچهٔ شکل‌گیری سیارهٔ ما را مستند می‌کنند.
شهاب‌سنگ‌ها به عنوان مرجع
از ترکیب‌های ریاضیاً ممکن تِییا و زمین اولیه که از محاسبات به‌دست می‌آیند، برخی به‌عنوان نامحتمل حذف می‌شوند.
«قوی‌ترین سناریو این است که بیشتر سازه‌های اولیهٔ زمین و تِییا از منظومهٔ شمسی داخلی نشأت گرفته‌اند. به‌نظر می‌رسد زمین و تِییا همسایه‌های یکدیگر بوده‌اند»، گفت تیمو هاپ، پژوهشگر MPS و نویسندهٔ اصلی این مطالعهٔ تازه.
در حالی که ترکیب زمین اولیه عمدتاً می‌تواند به‌صورت ترکیبی از دسته‌های شناخته‌شدهٔ شهاب‌سنگ‌ها توصیف شود، این امر برای تِییا صادق نیست. دسته‌های مختلف شهاب‌سنگ از نواحی متفاوتی از منظومهٔ شمسی بیرونی نشأت گرفته‌اند. بنابراین، این شهاب‌سنگ‌ها به‌عنوان مواد مرجع برای موادی که در زمان شکل‌گیری زمین اولیه و تِییا در دسترس بودند، عمل می‌کنند.
با این حال، در مورد تِییا ممکن است موادی که پیش از این شناخته نشده‌اند نیز در ترکیب آن دخیل بوده باشند. پژوهشگران بر این باورند که منبع این مواد نزدیک‌تر به خورشید از زمین است. بنابراین، محاسبات نشان می‌دهد که تِییا نزدیک‌تر به خورشید از سیارهٔ ما به‌وجود آمده است.
اطلاعات بیشتر: Timo Hopp et al, The Moon-forming impactor Theia originated from the inner Solar System, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ado0623. www.science.org/doi/10.1126/science.ado0623