Dünya’nın uydusu Ay’ı nasıl elde ettiği uzun zamandır tartışılan bir soru. Ay’ın vaktiyle Dünya ile Theia adı verilen kayalık bir cismin çarpışmalarından ortaya çıktığını savunan dev çarpışma teorisi ise olası açıklamalar arasında en öne çıkan aday. Ancak bunun nasıl gerçekleştiğine dair ayrıntılar belirsiz ve bilim insanlarının hala açıklayamadıkları birçok gözlem var.
Çarpışmaya dair en büyük gizemlerden birisi Ay’ın neden Theia’dan ziyade Dünya’nın neredeyse tıpatıp aynısı olduğuydu. Şimdi ise Nature Geoscience’da yayınlanan yeni bir çalışma geçmişe ışık tutuyor.
Dev çarpışma teorisine göre, Theia kabaca Mars büyüklüğünde veya biraz daha ufak, Dünya’nın çapının yarısı kadar bir cisimdi ve 4,5 milyar yıl önce henüz gelişmekte olan Dünya’ya çarptı. Bu çarpışma sonucunda magma okyanuslarını oluşturmak için yeterli miktarda ısı ortaya çıktı ve Dünya’nın yörüngesine ileride Ay’a dönüşecek olan çok fazla toz ve döküntü püskürdü.
Teori, Dünya ve Ay’ın birbirleri etrafında dönme şeklini ve hızını açıklıyor. Dünya ve Ay gelgitsel şekilde birbirlerine kilitliler, yani Dünya’nın etrafında dönerken Ay’ın hep aynı yüzü ona dönük oluyor. Zaten bu nedenle Çinlilerin Chang’e 4 adlı uzay araçlarını 2019’da Ay’ın karanlık yüzüne indirmeleri çok büyük bir başarıydı. Ay’ın bu yüzüyle Dünya’dan direkt iletişim kurmak asla mümkün değildir.
Ay ve Dünya’nın kompozisyonları neredeyse aynıdır. En önemli farklılıklar Ay’da demirin ve su üretmek için gerekli olan hidrojen gibi daha hafif elementlerin daha az miktarda var olması. Dev çarpışma teorisi bunun nedenini açıklıyor. Ağır demir elementi Dünya üzerinde kalırdı, çarpışma ve uzaya fırlatma sırasında üretilen ısı ise hafif elementleri kaynatırken, Dünya ve Theia’nın geri kalanı birbirine karışırdı.
Ay’ın oluşumuna yol açan olaylar, bilgisayar modelleriyle yeniden canlandırıldı. Tüm gözlemlere en iyi şekilde uyan modeller, Ay’ın yaklaşık %80 oranında Theia kökenli malzemeden oluşması gerektiğini gösteriyor. Öyleyse Ay neden bu kadar çok Dünya’ya benziyor?
Bu durum Theia ve Dünya’nın başlangıçta aynı bileşime sahip olmasıyla açıklanabilir. Fakat bu çok olası görünmüyor, çünkü Güneş sistemimizdeki bildiğimiz bütün gezegenlerin kendilerine has bileşimleri var ve cismin Güneş’ten ne kadar uzakta oluştuğuna bağlı olarak küçük farklılıklar gösteriyorlar.
Başka bir açıklama, iki cismin birbirine karışmasının beklenenden çok daha yoğun olması ve böylece Ay’da Theia’nın imzasının daha silik olarak kalması. Ancak bu durum da gerçekte olandan çok daha şiddetli bir çarpışma gerektireceği için olası değil.
Yeni çalışma, bu ikilemi Dünya’nın ve Ay’ın daha önce düşünüldüğü kadar birbirine benzemediğini göstererek çözüyor. Araştırmacılar, Apollo astronotlarının Ay’dan getirdikleri taşlardaki oksijen elementinin izotoplarının dağılımını çok yüksek bir hassasiyetle incelediler. Kimyada, herhangi bir elementin atom çekirdeği, protonlar ve nötronlar olarak bilinen parçacıklardan oluşur. Bir elementin izotoplarının çekirdeğinde aynı sayıda proton vardır, ancak nötron sayısı farklıdır. Bu durumda, sekiz protonu ve on nötronu olan oksijen izotopu O-18, sekiz protonu ve sekiz nötronu ile çok daha yaygın O-16’dan biraz daha ağırdır.
Çalışma, Dünya ve Ay’ın oksijen izotop bileşimlerinin aslında hiç de aynı olmadığını, yani arada küçük bir fark olduğunu gösteriyor. Dahası, Ay yüzeyinden veya kabuğun altındaki bir katman olan mantodan alınan kaya örneklerine baktığımızda fark iyice artıyor. Buradaki oksijen izotopları Dünya’dakilerden daha hafif. Bu çok önemli, çünkü karışık döküntüler nihayetinde kabuğa çökmüş olmalı, derin iç kısımlarda ise daha fazla Theia parçası yer almalı.
Yani Theia ve Dünya aynı değildi, Ay ve Dünya da aynı değil. Ancak bu sonuçlar bize Theia’nın kendisi hakkında da biraz bilgi veriyor. Yer çekimi nedeniyle, Güneş’e daha yakın olan ağır izotoplardan biraz daha fazla olması beklenebilir. Dünya ile karşılaştırıldığında, Theia’nın hafif oksijen izotoplarına sahip olmasını bekliyoruz. Bu da Dünya’ya nazaran Güneş’ten daha uzak bir noktada oluştuğu anlamına geliyor.
Bu çalışmadan elde edilen sonuçlarla dev çarpışma teorisi, Ay’ımızın oluşumunu açıklamada başka bir engeli daha aştı, üstelik Theia’nın kendisi hakkında bir şeyler daha öğrenmiş olduk.
(Christian Schroeder’in The Conversation’daki yazısından çevrilmiştir.)