بعد أن انطلقت الشمس إلى الضوء، بدأت كواكب النظام الشمسي بالتشكل. لكن المسألة قد استغرقت ملايين السنين حتى يظهر القمر على وجه الكوكب. هناك ثلاث نظريات تتحدث عن الآلية التي نشأ بها القمر، وهي فرضية الاصطدام العملاق، ونظرية التكوين المشترك، ونظرية الالتقاط.
تعريف فرضية الاصطدام العملاق
هذه النظرية مدعومة من قبل المجتمع العلمي، فرضية الاصطدام العملاق تقترح أن القمر قد تكون نتيجة تشكله من خلال اصطدام في وقت مبكر على الأرض. مثل الكواكب الأخرى، تشكلت الأرض من تجمع سحابة من الغبار والغاز التي تدور حول الشمس الصغيرة. كان النظام الشمسي في مرحلته المبكرة عنيفا، وكان هناك العديد من الأجسام التي تشكلت ولكنها لم تصل أبدا إلى حالة كوكبية كاملة. أحد هذه الأجسام قد اصطدم بالأرض بعد فترة قصيرة من تكوينها.
الكوكب الذي يعرف باسم ثيا، وهو جسم بحجم كوكب المريخ، تصادم مع كوكب الأرض، مما أدى إلى إطلاق قطع مبخرة من قشرة الأرض إلى الفضاء. الجاذبية جمعت الأجزاء المرمية معا وخلقت قمرا هو الأكبر من نوعه في النظام الشمسي، ويرتبط بكوكبه المضيف. هذا النوع من التكوين يمكن أن يشرح كيفية تكوين القمر الذي يتألف في الغالب من مواد خفيفة، مما يجعله أقل كثافة من كوكب الأرض. المادة التي تشكلت كانت من القشرة، بينما تركت النواة الصخرية للكوكب بدون تغيير. بدأت المادة في التجمع حول نواة ثيا وتمركزت بالقرب من مدار كوكب الأرض، وهو المسار الذي تسلكه الشمس عبر السماء، وهو نفس المدار الذي يسلكه القمر.
نتائج فرضية الاصطدام العملاق
وفقا لوكالة ناسا الفضائية: عند اصطدام هذا الجسم بكوكب الأرض، انتشرت طاقة كبيرة تعادل 100 مليون مرة الحدث الذي تلاه، ويعتقد أن هذا الحدث أدى إلى انقراض الديناصورات.
رغم أن هذه النظرية شائعة، إلا أنها تواجه بعض التحديات والتساؤلات، حيث تشير معظم النماذج إلى أن أكثر من ستين بالمئة من القمر يجب أن يتكون من مادة ثيا، ولكن عينات الصخور من رحلة أبولو تشير إلى شيء مختلف.
من حيث التكوين، كانت الأرض والقمر متطابقين تقريبًا، ويختلف تكوينهم بأقصى الحالات بأجزاء صغيرة جدًا من المليون. هذا التناقض قد أثار تساؤلات حول نظرية الاصطدام العملاق.
تمكن فريق Mastrobuono-Battisti من تحليل عينة توضح عدم وجود اختلاف بين ثيا وكوكب الأرض، على عكس ما كان يعتقد سابقاً.
في عام 2017، قام بعض الباحثين باقتراح نظرية مفادها أن مطرا من الحطام الصغير قد سقط على الأرض ليصنع القمر. السيناريو المتعدد التأثيرات هو طريقة طبيعية أكثر لوصف تشكيل القمر. في المراحل المبكرة من النظام الشمسي، الآثار كانت وفيرة للغاية، لذلك من الطبيعي أن القمر قد تشكل انطلاقا من عدة عوامل ومؤثرات شائعة وليس من واحدة خاصة.
هل تشكل القمر من الأرض
يعيد العلماء اليوم طرح السؤال عن كيفية تشكل القمر. تشير النماذج الجديدة إلى أن القمر نشأ من الأرض بعد اصطدام عملاق. فكرة اصطدام وتشكل القمر ليست جديدة، وقد حدث اصطدام عملاق قبل حوالي 4.5 بليون سنة بين الأرض وكوكب أولي حجمه نصف حجم الأرض، مكونا قرصا من الصخور المنحلة والغازات والأنقاض التي تجمعت لتشكل القمر. تم وضع هذه النظرية في منتصف سبعينيات القرن الماضي.
تم اتخاذ قرار بشأن درجة الحرارة وسرعة الدوران لهذا القرص، وذلك بناء على المادة التي ستكون عليها التشكيلة النهائية، والظروف في القمر الأولي. في الثمانينات، أشارت النمذجة الحاسوبية للفيزياء إلى أن القمر يجب أن يتشكل من بقايا الجسم الغريب المسحوق بعد هذا التصادم، وليس من كوكب الأرض. أظهرت الأحداث التحليلية اليوم أن التركيب الكيميائي للقمر يشبه التركيب الكيميائي للأرض، بينما لدى جميع الأجسام الأخرى المعروفة خارج كوكب الأرض في النظام الشمسي نسب نظيرية مختلفة، ولكن القمر فقط لديه نسب نظيرية متطابقة جدا مع كوكبنا.
وهذا كان قد سبب مشكلة، لأن التطابق بين القمر ومادة الأرض يبدو مثاليا. التطابق النظيري المثالي قد وضع نظرية الاصطدام العملاق موضع تساؤل وقد اقترح أن القمر كان قد تشكل من كوكب الأرض ولكن الآلية غير معروفة. الآن، النموذجان الجديدان يقترحان طرقا مختلفة يمكن أن يقوم بها الجسم الصاد العملاق بإنتاج قمرا شبيها بمادته الكيميائية لكوكب الأرض.
اثبات فرضية الاصطدام العملاق
في إحدى النماذج، اقترح علماء الفيزياء الفلكية تأثير أكبر من ذاك الذي اقترح سابقا، وهو تقريبا بحجم كوكب الأرض الأولي، الاصطدام مع جهاز تصادم مماثل الحجم لكوكب الأرض سيترك خلفه جسما خليطا من الحطام من الأرض والجسم الصادم. بعد تماسك الكوكب، الحطام المتبقي سيعطي قمرا مشابها ببنيته الكيميائية.
على الرغم من أن اصطدام جسمان مشابهان بالحجم، أصغر من كوكب الأرض الحالي، قد نظرية تؤخذ بعين الاعتبار منذ 15سنة خلت. تم التخلي عن السيناريو هذا لأن النظام أدى للعديد من الزخم الزاوي وهذا لا يشابه النظام القمري الأرضي الحالي. لكن، فهم ديناميكيات الدوران كانت قد تطورت منذ ذلك الوقت.
اقترح بعض العلماء في هارفارد أنه إذا كانت سرعة دوران الأرض أعلى بكثير قبل 4.5 مليار سنة من الآن، فقد يكون القمر الكيميائي المتشابه قد تشكل. اقترح العلماء سيناريوا يشير إلى أن الأرض كانت تدور بسرعة عالية وتعرضت لاصطدام مع جسم متوسط الحجم، مشابه للأجسام التي تم اقتراحها سابقا. سرعة الدوران العالية كانت كافية لدفع مواد الأرض بما فيها كافية لتكوين قمر كيميائي متشابه.
في النظام الشمسي المبكر، كان معدل الدوران الأسرع متوقعًا، حيث كان طول اليوم قد يستمر لمدة ساعتين أو ثلاث ساعات فقط.
النماذج للصدم السابقة اقترحت أن نظام القمر والأرض لديه نفس الزخم الزاوي الموجود اليوم. على الرغم من وجود نقطة في تكوين القمر يمكن أن يتغير عندها الزخم الزاوي خاصة عندما تنحسر الكتلة المتحطمة من الأرض. هذا العمل يظهر ان النظرية ليست مستبعدة إذا تم استيفاء الشروط حول البنية الداخلية للأرض والقمر. وقد اقترح العلماء اليوم أن دوران الأرض قد أبطأ بالاحتكاك مع جاذبية الشمس. وأن الزخم المداري من الأرض والشمسي يستنزف الزخم المداري من النظام.
جدل حول فرضية الاصطدام
ربما ليست المشكلة التي أدت إلى ظهور أبحاث جديدة حقيقية، ولكن على الرغم من عدم وجود أجسام كونية خارج الأرض تتشابه تركيبتها الكيميائية مع تلك الموجودة على الأرض، فإن هناك جسمًا مماثلًا من حيث الحجم قد تشكل بالقرب من كوكب الأرض في النظام الشمسي المبكر، ويمكن أن يكون هذا الجسم الصادم.
بالتالي، التشابه الكيميائي بين الأرض والقمر يدعم فكرة أن القمر قد تكون تشكلت من مادة أرضية تم تفجيرها في البداية، ولذلك كان لذلك تأثير عميق. نظرية الاصطدام العملاق ما زالت قائمة وهي واحدة من أهم النظريات، ولكن ذلك لا يعني بالضرورة صحتها. هناك الكثير من الأبحاث التي يجب إجراؤها لفهم كيفية انتقال المواد من الأرض إلى القمر، وخاصة المواد التي تحمل الماء، وكمية الوقت التي استغرقتها هذه المواد للاندماج والتشكل لتكوين القمر.