Güneş Sistemi’nin oluştuğu dönemlere ait en güçlü hipotezlerden bir tanesi, Dünya’nın Theia (Yunan mitolojisinde Ay’ın annesi) adlı bir gezegenle çarpıştığı ve çarpışmanın sonucunda ortaya çıkan materyalin Ay’ı oluşturduğu yönünde.
‘Dev çarpışma hipotezi’ Dünya ve Ay’ın boyutları arasındaki dengeden, kütleçekim kilidi ilişkisine kadar (Ay’ın kendi ekseni ve Dünya yörüngesindeki dönüş süresi eşit) birçok özelliklerini açıklıyor olabilir. Öte yandan son 15 yıl içerisinde bu hipotez fazlasıyla sorgulanıyor.
Bilim insanlarının 2001 yılında gerçekleştirdiği araştırmada, Dünya’daki kayalar ile Ay’daki kayaların birçok ortak kimyasal izotop barındırdıkları tespit edilmişti. İzotoplar bu tür araştırmalarda jeolojik parmak izleri olarak kabul ediliyorlar çünkü Güneş Sistemi’nin farklı bölgelerinde oluşan gök cisimleri genelde farklı izotop yapısına sahip oluyor.
Gelişen teknoloji ve artan verilerle hazırlanan bilgisayar simülasyonları, ilerleyen yıllarda hipotezi çok daha karmaşık hale getirdi. Nedeni, Ay’ı oluşturan kozmik materyalin yüzde 60 ile 80’inin Dünya’dan değil, Theia’dan geldiği bulgusunun öne çıkmasıydı. Theia’nın Dünya ile neredeyse aynı izotopik bileşenlere sahip olma olasılığı ise çok olağandışı kabul edildi.
Bunun üzerine bilim insanları izotop krizini çözümlemek için izotopik analizlere yöneldi. Oksijen izotopları üzerinde 2016’da açıklanan daha kapsamlı analizler, Dünya ile Theia’nın çarpışmasında Ay ile Dünya materyalinin karıştığını savundu.
Araştırmada yer alan Washington Üniversitesi’nden Kun Wang, “Dev çarpışma hakkındaki fikirlerimiz üzerinde yeniden düşünmemiz gerekiyor” ifadesini kullandı.
Düşük enerjili çarpışma modeli
Dünya ile Theia’nın, Güneş Sistemi’nin oluşmaya başladığı 4,6 milyar yıldan sadece 100 milyon yıl sonra çarpıştığı düşünülüyor. Yeni bilgisayar modelleri, çarpışmanın ardından Ay’ın nasıl Theia’nın değil de, ağırlıklı olarak Dünya materyaline sahip olduğunu açıklamaya çalışıyor.
Wang, bugüne kadar öne çıkan teorilerden ikisinin baskın geldiğini belirtti.
Hangi modelin daha baskın çıkacağı hakkında hiçbir fikrimiz yoktu.
Orijinal dev çarpışma modeli, düşük şiddetli bir çarpışma sonucunda Dünya’nın bir kısmının eridiğini, Theia’nın ise tamamen yok olduğunu öne sürüyor.
Orijinal modele yakın olan 2007 tarihli bir diğer teori, tıpatıp aynı çarpışmanın ardından Dünya atmosferinin silikat buharı ve Ay’ı oluşturan enkaz çemberiyle (gezegen diski) ile çevrelendiğini savunuyor. Modele göre, gaz örtüsünü Ay oluşumundan önce Dünya ile gezegen diski arasında materyal transferi yapılmasını sağladı.
Wang, düşük enerjili çarpışma modelinde, ‘atmosfer aracılığıyla materyal transferi yapacak olmanın çok vakit alacağını’ belirtti. Wang’a göre bu şekilde bugün Dünya ve Ay’da gördüğümüz kayalardaki karmaşık bileşenin oluşması çok zor.
Yüksek enerjili çarpışma modeli
Dev çarpışmanın 2015’te öne sürülen yüksek enerjili versiyonu, çarpışma şiddetinden dolayı Dünya’nın büyük kısmının, Theia’nın ise tümünün erittiğini (buharlaştırdığını) öne sürüyor.
Dünya’yı manto tabakasına kadar eriten çarpışma sonucunda, gezegenimizin bugünkü halinin 500 katı büyüklüğünde bir atmosfer oluşuyor. Ardından, buhar zamanla soğuyarak çöküyor, çarpışma enkazı ise Ay’ı meydana getiriyor.
Bu modelde, atmosfer sıvılar ve gaz arasında çok kritik bir rol oynayarak materyal birleşmesine imkan tanıyor. Böylece, Ay ve Dünya’daki çok benzer izotopik bileşenlere cevap bulabiliyoruz.
Ay nasıl oldu da Theia’nın değil ancak Dünya’nın materyalini daha çok aldı?
Hangisi doğru?
Dev çarpışma modellerinden öne çıkan ikisi arasında seçim yapabilmek için Wang ve Harvard Üniversitesi’nden meslektaşı Stein Jacobsen, potasyum izotopu üzerine odaklandı.
Uçucu bir element olan potasyumun izotopları üzerinde yapılacak analizlerin, yukarıda bahsedilen modeller de ele alındığında Ay’ın oluşumu hakkında daha çok bilgi sunacağı kabul ediliyor.
Wang ve Jacobsen, Dünya’daki kayalar ile Apollo 11, 12, 14 ve 16 görevlerinde toplanan Ay taşlarını karşılaştırdı. Ay’dan gelen potasyum izotopları ile Dünya’nın manto tabakasına ait sekiz numune analiz edildi.
Araştırmacılar, geleneksel metodlara oranla doğruluk payı 10 kat daha yüksek olan bir yöntem kullandı. Araştırmada, potasyumun üç sabit izotopundan sadece ikisinin (potasyum-39 ve potasyum-41) yeterli doğruluk sağlayacak kadar bol olduğu belirtildi.
Analizler, daha ağır olan potasyum-41 değerlerinin Ay taşlarında bin parçada 0.4 parça daha fazla olduğunu gösterdi. Bulgular, Ay taşlarının Dünya’dakinden daha ağır izotoplara sahip olmasını öngören ‘şiddetli çarpışma modelini’ destekledi. Araştırma sonuçları, Nature dergisinde yayımlandı.
‘Hiçbir fikrimiz yoktu’
Ağır izotopların Ay’da yoğunlaşması, uydunun 10 bar’dan yüksek basınca sahip bir gaz bulutuyla kaplanmasıyla açıklanıyor. Bu değer, Dünya’da deniz seviyesindeki atmosfer basıncının 10 katına denk geliyor.
Wang, ‘yeni modelin verilerle daha uyumlu olduğuna şaşırdığını’ söylerken, ‘araştırmadan önce hangi modelin daha iyi olduğuna dair hiçbir düşüncemiz yoktu’ ifadesini kullandı.
Bilim insanları, gelecekte yapılacak yeni analiz ve simülasyonlar ile Ay’ın oluşumunu daha iyi anlamaya çalışacak. Wang, “Umuyorum ki elde ettiğimiz bulguları savunacak araştırmalar yapılacak” dedi.