Η κυρίαρχη θεωρία για τον σχηματισμό της Σελήνης είναι πως ένας πρωτοπλανήτης μεγέθους αντίστοιχου αυτού, του Άρη, συγκρούστηκε με τη Γη, δημιουργήθηκε ένα νέο σώμα- η Σελήνη.
Πλανητικοί γεωφυσικοί στο DLR (Γερμανικό Κέντρο Αεροδιαστημικής- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt), υπό την καθοδήγηση του Μαξίμ Μορίς, μαζί με ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Μύνστερ, χρησιμοποίησαν ένα νέο αριθμητικό μοντέλο για την αναδημιουργία του χρόνου όπου έλαβε χώρα το γεγονός- περίπου 4,425 δισ. χρόνια πριν.
Οι προηγούμενες εκτιμήσεις για τον σχηματισμό της Σελήνης είχαν ως βάση μια ηλικία 4,51 δισ. ετών- 85 εκατ. ετών περισσότερο σε σχέση με τους νέους υπολογισμούς.
Οι επιστήμονες παρουσιάζουν την έρευνά τους στο Science Advances. Τεσσεράμισι δισεκατομμύρια χρόνια πριν, το ηλιακό σύστημα ήταν σε μια χαοτική κατάσταση: Η Γη μεγάλωνε ακόμα, συλλέγοντας ύλη υπό τη μορφή «πλανητοειδών» (planetesimals) που είχαν σχηματιστεί προηγουμένως στον δίσκο σκόνης και αερίων σε τροχιά από τον πρώιμο ήλιο. Η νεαρή Γη παγιώθηκε, και έγινε ακόμα θερμότερη στο εσωτερικό της.
Όλο και μεγαλύτερα τμήματα του βραχώδους μανδύα έλιωσαν και σχημάτισαν έναν ωκεανό μάγματος. Σε εκείνη τη φάση η Γη απέκτησε τον φυσικό της δορυφόρο, που περιστρέφεται ακόμα γύρω της.
Μια μεγάλη σύγκρουση μεταξύ της Γης και ενός πρωτοπλανήτη είχε ως αποτέλεσμα την εκτίναξη βράχων. Τα υλικά αυτά συσσωρεύτηκαν και συσπειρώθηκαν, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό της Σελήνης.
Επί της αρχής οι περισσότεροι επιστήμονες συμφωνούν όσον αφορά στο πώς σχηματίστηκε η Σελήνη, μα όχι στις λεπτομέρειες της διαδικασίας ή στον χρόνο.
«Τα αποτελέσματα του τελευταίου μας μοντέλου υποδεικνύουν ότι η νεαρή Γη χτυπήθηκε από έναν πρωτοπλανήτη περίπου 140 εκατομμύρια χρόνια μετά τη γένεση του ηλιακού συστήματος, 4,567 δισεκατομμύρια χρόνια πριν» είπε ο Μορίς.
«Σύμφωνα με τους υπολογισμούς μας, αυτό συνέβη πριν 4,425 δισεκατομμύρια χρόνια- με περιθώριο απόκλισης 25 εκατ. ετών- και γεννήθηκε η Σελήνη».
Σε εκείνη τη φάση η Γη είχε μόλις εξελιχθεί σε πλανήτη. Κατά την εξέλιξη αυτή, τα βαρέα, μεταλλικά συστατικά βυθίστηκαν στο κέντρο και σχημάτισαν έναν πυρήνα σιδήρου και νικελίου, που περιτριγυριζόταν από έναν παχύ μανδύα πυριτικών πετρωμάτων. Τα πυριτικά πετρώματα γίνονταν όλο και πιο θερμά, λόγω της διαδικασίας της επικάθησης και μέσω θερμότητας από την αποσύνθεση ραδιενεργών στοιχείων.
Σε αυτή τη φάση η Γη χτυπήθηκε από τη Θεία, έναν πρωτοπλανήτη στο μέγεθος του Άρη, προκαλώντας εκτόξευση υλικού από το οποίο σχηματίστηκε η Σελήνη. Κατά τη σύγκρουση αυτή σχηματίστηκε ένας ωκεανός μάγματος βάθους αρκετών χιλιάδων χιλιομέτρων. Σήμερα δεν παραμένουν απομεινάρια ή ίχνη της Θείας.
Η σύγκρουση των δύο σωμάτων είχε ως αποτέλεσμα να εξατμιστεί μια μεγάλη ποσότητα βράχου από τον πρώιμο μανδύα της Γης. Το υλικό αυτό εκτινάχτηκε και συνελέγη σε έναν δακτύλιο σκόνης γύρω από τη Γη πριν επανασυντεθεί εκεί, σχηματίζοντας βράχο. «Από αυτό σχηματίστηκε γρήγορα η Σελήνη, πιθανότατα μέσα σε λίγες χιλιάδες χρόνια» είπε η Ντόρις Μπρόιερ, άλλη μία εκ των συντελεστών της έρευνας.
Οι επιστήμονες σε μεγάλο βαθμό συμφωνούν με την ιστορία του σχηματισμού της Σελήνης, αλλά δεν είναι σε θέση να τη χρονολογήσουν με ακρίβεια, καθώς κανένας από τους σεληνιακούς βράχους που έχουν επιστραφεί στη Γη δεν επιτρέπει κάτι τέτοιο.
Οι ερευνητές του DLR και του Πανεπιστημίου του Μύνστερ βρήκαν πότε σχηματίστηκε χρησιμοποιώντας μια νέα, έμμεση μέθοδο: «Οι υπολογισμοί μας δείχνουν πως αυτό πιθανότατα συνέβη κατά το τέλος του σχηματισμού της Γη» είπε η Σαμπρίνα Σβίνγκερ, άλλη μια εκ των ερευνητών.
Δεν ήταν μόνο η Γη που είχε έναν ωκεανό μάγματος στη «νιότη» της: Η ενέργεια από την επικάθηση οδήγησε επίσης στον σχηματισμό ενός ωκεανού μάγματος στη Σελήνη, που καλύφθηκε από αυτόν.
Ο ωκεανός άρχισε να στερεοποιείται και σχημάτισε έναν φλοιό ελαφρών κρυστάλλων στην επιφάνεια, που έρχεται σε επαφή με το ψυχρό διάστημα. Ωστόσο κάτω από αυτό τον μονωτικό φλοιό, η Σελήνη παρέμεινε τηγμένη για πολύ καιρό.
Μέχρι τώρα οι επιστήμονες δεν ήταν σε θέση να βρουν πόσος χρόνος χρειάστηκε για την κρυσταλλοποίηση του ωκεανού, και για αυτό δεν μπορούσαν να βγάλουν συμπέρασμα για το πότε σχηματίστηκε η Σελήνη.
Για να υπολογίσουν τη διάρκεια «ζωής» του ωκεανού μάγματος, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα νέο μοντέλο υπολογιστή, που για πρώτη φορά έλαβε υπόψιν σε βάθος τις διαδικασίες που εμπλέκονταν στη σταθεροποίηση του μάγματος.
«Τα αποτελέσματα του μοντέλου δείχνουν πως ο ωκεανός μάγματος της Σελήνης “έζησε” για πολύ και χρειάστηκε περίπου 200 εκατομμύρια χρόνια για να στερεοποιηθεί πλήρως σε βράχο» είπε ο Μαξίμ Μορίς.
«Το χρονικό πλαίσιο είναι πολύ μεγαλύτερο από ό,τι υπολογιζόταν σε προηγούμενες μελέτες» τόνισε ο Νίκολα Τόσι του DLR, άλλος ένας εκ των συντελεστών της έρευνας. «Τα παλαιότερα μοντέλα έδιναν περίοδο στερεοποίησης μόνο 35 εκατ. ετών».
Για να διαπιστωθεί η ηλικία της Σελήνης, οι επιστήμονες χρειάστηκε να πάνε ακόμα παραπέρα, υπολογίζοντας πώς η σύσταση των πυριτικών ορυκτών που σχηματίστηκαν κατά τη στερεοποίηση άλλαζε με το πέρασμα του χρόνου.
Όπως διαπιστώθηκε, υπήρχε δραστική μεταβολή στη σύνθεση, καθώς προχωρούσε η στερεοποίηση. Το εύρημα αυτό επέτρεψε να συνδεθεί ο σχηματισμός διαφορετικών τύπων βράχου στη Σελήνη με ένα συγκεκριμένο στάδιο στην εξέλιξη του ωκεανού μάγματος.
«Συγκρίνοντας τη μετρηθείσα σύσταση των βράχων της Σελήνης με την προβλεφθείσα σύσταση του ωκεανού μάγματος από το μοντέλο μας, ήμασταν σε θέση να ιχνηλατήσουμε την εξέλιξη του ωκεανού πίσω στην αρχή του- τον καιρό που σχηματίστηκε η Σελήνη» είπε η Σβίνγκερ.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν πως η Σελήνη σχηματίστηκε 4,425 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, με απόκλιση 0,025 δισεκατομμυρίων ετών.
