هل القمر عبارة عن قطعة مقذوفة من الأرض؟

أشارت دراسة جديدة إلى أن القمر ربما يكون قد تشكل فورًا بعد اصطدام كارثي مزّق جزءًا من الأرض وقذفه إلى الفضاء. منذ منتصف سبعينيات القرن الماضي، اعتقد علماء الفلك أن القمر ربما يكون قد نشأ عن اصطدام بين الأرض وكوكب أولي قديم بحجم المريخ يُدعى ثيا؛ وكان من شأن الاصطدام الهائل أن يخلق حقلًا هائلاً من الحطام تشكل منه رفيقنا القمري ببطء على مدى آلاف السنين. لكن فرضية جديدة، تستند إلى عمليات محاكاة حاسوبية فائقة الدقة أُجريت بدقة أعلى من أي وقت مضى، تشير إلى أن تشكل القمر ربما لم يكن عملية بطيئة وتدريجية في النهاية، بل عملية حدثت في غضون ساعات قليلة فقط. نشر العلماء نتائجهم في 4 أكتوبر في مجلة The Astrophysical Journal Letters. "لقد تعلمنا أنه من الصعب للغاية التنبؤ بمقدار الدقة التي تحتاجها لمحاكاة هذه الاصطدامات العنيفة والمعقدة بشكل موثوق - عليك ببساطة الاستمرار في الاختبار حتى تجد أن زيادة الدقة بشكل أكبر تتوقف عن إحداث فرق في الإجابة التي تحصل عليها"، كما قال جاكوب كيجيريس، عالم الكونيات الحاسوبية في جامعة دورهام في إنجلترا.

أدلة من عينات القمر وتركيبه

حصل العلماء على أولى أدلة نشأة القمر بعد عودة مهمة أبولو 11 في يوليو 1969، عندما أحضر رائدا فضاء ناسا، نيل أرمسترونغ وباز ألدرين، 21.6 كيلوغرامًا (47.6 رطلاً) من الصخور والغبار القمري إلى الأرض. يعود تاريخ العينات إلى حوالي 4.5 مليار سنة، مما يضع نشأة القمر في فترة مضطربة بعد حوالي 150 مليون سنة من نشأة النظام الشمسي. وتشير أدلة أخرى إلى أن أكبر قمر طبيعي لنا قد نشأ نتيجة اصطدام عنيف بين الأرض وكوكب افتراضي، أطلق عليه العلماء اسم العملاق اليوناني الأسطوري ثيا - والدة سيلين، إلهة القمر. تشمل هذه الأدلة أوجه تشابه في تركيب صخور القمر والأرض؛ ودوران الأرض ومدار القمر في اتجاهات متشابهة؛ والزخم الزاوي المشترك العالي للجسمين؛ ووجود أقراص حطام في أماكن أخرى من نظامنا الشمسي.

استخدام المحاكاة لاختبار النظريات

لكن كيفية حدوث الاصطدام الكوني بالضبط لا تزال موضع جدل. تشير الفرضية التقليدية إلى أنه مع اصطدام ثيا بالأرض، حطم هذا الاصطدام الكوكبي ثيا إلى ملايين القطع، محوّلاً إياه إلى أنقاض عائمة. امتزجت بقايا ثيا المكسورة، إلى جانب بعض الصخور المتبخرة والغازات المنفصلة عن وشاح كوكبنا الفتي، ببطء لتشكل قرصاً اندمجت حوله الكرة المنصهرة للقمر وبردت على مدى ملايين السنين. ومع ذلك، لا تزال بعض أجزاء الصورة غامضة. أحد الأسئلة البارزة هو: لماذا، إذا كان القمر مكوناً في معظمه من ثيا، تحمل العديد من صخوره أوجه تشابه مذهلة مع تلك الموجودة على الأرض؟ اقترح بعض العلماء أن صخور الأرض المتبخرة دخلت في تكوين القمر أكثر من بقايا ثيا المسحوقة، لكن هذه الفكرة تطرح إشكالياتها الخاصة، مثل لماذا تشير نماذج أخرى إلى أن القمر المكون في معظمه من صخور الأرض المتحللة سيكون له مدار مختلف تماماً عن المدار الذي نراه اليوم. لدراسة السيناريوهات المحتملة المختلفة لتكوين القمر عقب الاصطدام، لجأ مؤلفو الدراسة الجديدة إلى برنامج حاسوبي يُسمى SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking (SWIFT)، وهو مصمم لمحاكاة دقيقة لشبكة القوى الجاذبية والهيدروديناميكية المعقدة والمتغيرة باستمرار والتي تؤثر على كميات كبيرة من المادة. إن القيام بذلك بدقة ليس بالمهمة الحسابية البسيطة، لذلك استخدم العلماء حاسوبًا فائقًا لتشغيل البرنامج: نظام يُطلق عليه اسم COSMA (اختصارًا لـ "آلة علم الكون") في منشأة الأبحاث الموزعة باستخدام الحوسبة المتقدمة (DiRAC) بجامعة دورهام. باستخدام COSMA لمحاكاة مئات من تصادمات الأرض وثيا بزوايا ودورات وسرعات مختلفة، تمكن المحققون القمريون من نمذجة عواقب الانهيار الفلكي بدقة أعلى من أي وقت مضى. تُحدد دقة هذه المحاكاة بعدد الجسيمات التي تستخدمها. وبحسب كيغيريس، فإن دقة المحاكاة القياسية للاصطدامات العملاقة تتراوح عادة بين 100 ألف ومليون جسيم، ولكن في الدراسة الجديدة تمكن هو وزملاؤه الباحثون من نمذجة ما يصل إلى 100 مليون جسيم.

الآثار المترتبة على القمر والأرض

قال كيغيريس: "باستخدام دقة أعلى، يُمكننا دراسة تفاصيل أكثر - تمامًا كما يُتيح لنا التلسكوب الأكبر التقاط صور عالية الدقة للكواكب أو المجرات البعيدة لاكتشاف تفاصيل جديدة". وأضاف: "ثانيًا، وربما الأهم من ذلك، أن استخدام دقة منخفضة جدًا في المحاكاة قد يُعطيك إجابات مُضللة أو حتى خاطئة". "قد تتخيل أنه إذا بنيتَ نموذج سيارة من مكعبات صغيرة لمحاكاة كيفية تكسر السيارة في حادث تصادم، فإنك إذا استخدمت بضع عشرات من المكعبات فقط، فقد تنقسم تمامًا من المنتصف. ولكن مع بضعة آلاف أو ملايين المكعبات، فقد تبدأ في جعلها تتفتت وتتكسر بطريقة أكثر واقعية". أتاح المحاكاة عالية الدقة للباحثين قمرًا تشكل في غضون ساعات من قطع الأرض المقذوفة وقطع ثيا المحطمة، مما يُقدم نظرية تكوين أحادية المرحلة تُقدم إجابة واضحة وأنيقة لخصائص القمر المرئية، مثل مداره الواسع المائل؛ وباطنه المنصهر جزئيًا؛ وقشرته الرقيقة. ومع ذلك، سيتعين على الباحثين فحص عينات الصخور والغبار المستخرجة من أعماق سطح القمر - وهو هدف من أهداف بعثات أرتميس المستقبلية التابعة لناسا - قبل أن يتمكنوا من تأكيد مدى اختلاط وشاحه. صرح كيغيريس قائلاً: "يمكن أن يكون الحصول على المزيد من العينات من سطح القمر مفيدًا للغاية في التوصل إلى اكتشافات جديدة وأكثر موثوقية حول تركيب القمر وتطوره، والتي يمكننا بعد ذلك تتبعها إلى عمليات محاكاة نموذجية مثل محاكاة نموذجنا". وأضاف: "تساعدنا البعثات والدراسات مثل هذه وغيرها الكثير باستمرار على استبعاد المزيد من الاحتمالات وتضييق نطاق البحث في التاريخ الفعلي لكل من القمر والأرض، ومعرفة المزيد عن كيفية تشكل الكواكب في جميع أنحاء نظامنا الشمسي وخارجه". يمكن لمثل هذه التحقيقات أيضًا أن تلقي الضوء على كيفية تشكل الأرض وتحولها إلى كوكب مناسب للحياة.