تحقیقات جدید نشان می‌دهد که تِییا و زمین همسایه بودند
توسط انجمن ماکس پلانک
ویرایش شده توسط سادی هارلی، بازبینی توسط رابرت ایگان
حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش، مهم‌ترین رویداد تاریخ زمین رخ داد: یک جسم آسمانی عظیم به نام تِییا با زمین جوان برخورد کرد. نحوه‌ی وقوع این برخورد و آنچه دقیقاً پس از آن اتفاق افتاد، هنوز به‌طور قطعی روشن نشده است. آنچه واضح است این است که در نتیجه این تصادم، اندازه، ترکیب و مدار زمین تغییر کرد و این برخورد زایای همراه ثابت ما در فضا، یعنی ماه، را به‌وجود آورد.
این جسم چه نوع شیئی بود که به‌طور چشمگیری مسیر تکامل سیاره‌مان را تغییر داد؟ تِییا چه اندازه‌ای داشت؟ از چه موادی ساخته بود؟ و از کدام نقطه‌ی نظام خورشیدی به سمت زمین شتاب کرد؟
پیدا کردن پاسخ‌های این پرسش‌ها دشوار است؛ چرا که تِییا در این برخورد به‌طور کامل نابود شد. با این حال، ردپای آن هنوز امروز قابل شناسایی است؛ مثلاً در ترکیب زمین و ماه امروزی.
در پژوهشی که در نشریه Science منتشر شد، پژوهشگرانی به سرپرستی مؤسسهٔ ماکس پلانک برای پژوهش‌های نظام خورشیدی (MPS) و دانشگاه شیکاگو از این اطلاعات استفاده کردند تا «فهرست اجزاء» محتمل تِییا را استخراج کنند و از این طریق مکان پیدایش آن را شناسایی نمایند.
«ترکیب یک جسم کل تاریخ شکل‌گیری آن را، از جمله مکان پیدایشش، ثبت می‌کند»، گفت تورستِن کلینِ، مدیر MPS و یکی از مؤلفان این مطالعهٔ جدید.
نسبت‌های حضور برخی ایزوتپ‌های فلزی در یک جسم، به‌ویژه اطلاعات ارزشمندی ارائه می‌دهند. ایزوتپ‌ها، گونه‌های مختلف یک عنصر هستند که تنها در تعداد نوترون‌های هستهٔ اتم متفاوت‌اند؛ به همین دلیل وزنشان نیز متفاوت است.
در اوایل نظام خورشیدی، احتمالاً ایزوتپ‌های یک عنصر به‌صورت یکنواخت توزیع نشده بودند. برای مثال، در لبهٔ بیرونی نظام خورشیدی، نسبت ایزوتپ‌ها کمی متفاوت از ناحیهٔ نزدیک به خورشید بود. بنابراین، اطلاعاتی دربارهٔ منشأ بلوک‌های سازندهٔ اولیه، در ترکیب ایزوتپی یک جسم ذخیره می‌شود.
جست‌وجوی ردپای تِییا در زمین و ماه
در این مطالعه، تیم پژوهشی نسبت ایزوتپ‌های مختلف آهن را در سنگ‌های زمین و ماه با دقتی بی‌سابقه تعیین کرد. برای این منظور، ۱۵ نمونهٔ سنگی زمینی و شش نمونهٔ ماهی که فضانوردان مأموریت آپولو به‌زمین بازگرداندند، بررسی کردند.
نتیجه شایعی نداشت: همان‌طور که اندازه‌گیری‌های قبلی نسبت ایزوتپ‌های کروم، کلسیم، تیتانیوم و زیرنیم نشان داده بود، زمین و ماه در این زمینه قابل تمایز نیستند.
با این حال، این شباهت چشمگیر اجازه‌ی استخراج نتیجه‌گیری مستقیم دربارهٔ تِییا را نمی‌دهد. به‌دلیل تعداد زیاد سناریوهای ممکن برخورد، نتیجه‌گیری دشوار است. اگرچه اکثر مدل‌ها فرض می‌کنند که ماه تقریباً به‌طور انحصاری از مادهٔ تِییا تشکیل شده است، اما امکان دارد که ماه عمدتاً از مادهٔ لایهٔ ماننت اولیهٔ زمین تشکیل شده باشد یا سنگ‌های زمین و تِییا به‌طور غیرقابل‌جدا شدن مخلوط شده باشند.
مهندسی معکوس یک سیاره
به‌منظور شناخت بهتر تِییا، پژوهشگران نوعی مهندسی معکوس برای سیاره‌ها به کار گرفتند. با تکیه بر تطابق نسبت‌های ایزوتپی در سنگ‌های زمینی و ماهی امروزی، تیم بررسی کرد که ترکیب‌ها و اندازه‌های مختلف تِییا و ترکیب زمین اولیه چگونه می‌توانستند به این وضعیت نهایی منتهی شوند.
در این تحقیقات، پژوهشگران نه تنها به ایزوتپ‌های آهن، بلکه به ایزوتپ‌های کروم، مولیبدن و زیرنیم نیز پرداخته‌اند. این عناصر مختلف امکان دسترسی به مراحل متفاوتی از شکل‌گیری سیاره را فراهم می‌سازند.
بسیار پیش از برخورد مخرب با تِییا، فرآیندی شبیه جداسازی در داخل زمین اولیه رخ داده بود. با شکل‌گیری هستهٔ آهنی، برخی عناصر مانند آهن و مولیبدن در آن انبار شدند؛ بنابراین پس از آن به‌طور عمده از لایهٔ سنگی ماننت غایب بودند.
آهنی که امروز در ماننت زمین یافت می‌شود، بنابراین فقط می‌تواند پس از تشکیل هسته، به‌عنوان مثال از طریق تِییا، به این لایه وارد شده باشد. عناصری مانند زیرنیم که به هسته سقوط نکردند، کل تاریخ شکل‌گیری سیارهٔ ما را ثبت می‌کنند.
شهاب‌سنگ‌ها به‌عنوان مرجع
از ترکیب‌های ریاضیاً ممکن تِییا و زمین اولیه که از محاسبات به دست آمده‌اند، برخی می‌توانند به‌عنوان غیرقابل‌اعتماد حذف شوند.
«قانع‌کننده‌ترین سناریو این است که بیشتر بلوک‌های ساختمانی زمین و تِییا در درون نظام خورشیدی شکل گرفته‌اند. احتمالاً زمین و تِییا همسایه بوده‌اند»، گفت تیمو هپ، دانشمند MPS و نویسندهٔ اصلی این مطالعهٔ جدید.
در حالی که ترکیب زمین اولیه عمدتاً می‌تواند به‌عنوان ترکیبی از دسته‌های شناخته‌شدهٔ شهاب‌سنگ‌ها توصیف شود، این امر برای تِییا صادق نیست. دسته‌های مختلف شهاب‌سنگ‌ها در نواحی متفاوتی از نظام خورشیدی بیرونی شکل گرفته‌اند؛ بنابراین به‌عنوان مرجع مواد ساختمانی در دسترس هنگام شکل‌گیری زمین و تِییا استفاده می‌شوند.
اما در مورد تِییا ممکن است مواد ناشناخته‌ای نیز درگیر بوده باشند. پژوهشگران بر این باورند که منشأ این ماده نزدیک‌تر به خورشید از زمین است. بنابراین محاسبات نشان می‌دهند که تِییا در ناحیه‌ای نزدیک‌تر به خورشید نسبت به سیارهٔ ما شکل گرفته است.
اطلاعات بیشتر: تیمو هپ و همکاران، «تأثیرگذار شکل‌ساز ماه تِییا از درون نظام خورشیدی منشا گرفت»، Science (۲۰۲۵). DOI: 10.1126/science.ado0623. www.science.org/doi/10.1126/science.ado0623
اطلاعات نشریه: Science
ارائه شده توسط انجمن ماکس پلانک