การชนครั้งใหญ่ในระบบสุริยะส่วนใน

ดวงจันทร์ของโลกเกิดขึ้นจากการชนครั้งใหญ่ระหว่างโลกเมื่อเพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ กับวัตถุที่มีขนาดพอๆ กับดาวอังคาร นักวิจัยพยายามคลี่คลายรายละเอียดการชนบางส่วนที่ยังคงเป็นปริศนา

      นักวิทยาศาสตร์คิดกันมานานแล้วว่าดวงจันทร์ของโลกก่อตัวขึ้นจากการชน เมื่อวัตถุขนาดพอๆ กับดาวอังคารชนกับโลกที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ หลักฐานจากหินดวงจันทร์และแบบจำลองเสมือนจริงสนับสนุนแนวคิดนี้

     แต่การศึกษาใหม่ได้บอกว่าดาวเคราะห์ทารกดวงนั้นน่าจะชนกับโลกสองครั้ง ครั้งแรกวัตถุที่พุ่งชน(ซึ่งเรียกว่า ธีอา; Theia) เพียงชนแบบเฉี่ยวกับโลกไป จากนั้นอีกหลายแสนปีต่อมา มันก็ย้อนกลับมาชนตูมอีก การศึกษาซึ่งจำลองการชนที่แทบจะทำลายโลกเป็นเสี่ยงๆ หลายพันครั้งได้พบว่า ลำดับเหตุการณ์แบบ ชนแล้วหนีและย้อนกลับมา(hit-and-run return) น่าจะช่วยตอบคำตอบที่มีมานาน 2 ข้อเกี่ยวกับการสร้างดวงจันทร์ ในขณะเดียวกัน มันก็อาจจะอธิบายว่าเพราะเหตุใด โลกและดาวศุกร์จึงลงเอยแตกต่างกันอย่างมาก

     ข้อเท็จจริงหลักก็คือ ความหลากหลายของวัตถุ Erik Asphaug จากศาสตราจารย์ที่ห้องทดลองดวงจันทร์และดาวเคราะห์(LPL) มหาวิทยาลัยอริโซนา ซึ่งนำการศึกษา กล่าว ดาวศุกร์และโลกมีขนาด, มวลและระยะทางจากดวงอาทิตย์ที่ใกล้เคียงกัน ถ้าดาวศุกร์เป็นพิภพร้อนและบดขยี้ เพราะเหตุใด โลกจึงรุ่มรวยและเป็นสีฟ้า

ระบบสุริยะในช่วงต้นเป็นสถานที่ที่วุ่นวาย โดยเฉพาะเมื่อดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์มีปฏิสัมพันธ์กันและกัน และกับดิสก์วัสดุสารรอบๆ เกิดการขยับตำแหน่ง ความปั่นป่วนที่เกิดขึ้นได้กระจัดกระจายวัตถุขนาดเล็กเข้ามาในระบบสุริยะส่วนในบ้าง, ออกไปที่ชายขอบระบบ หรือกระทั่งหลุดออกจากระบบไป ส่วนที่เข้ามาในระบบสุริยะส่วนใน ก็เกิดการระดมชน(bombardment) กับดาวเคราะห์หิน

     ดวงจันทร์น่าจะเก็บงำความลับไว้ การสร้างมันเป็นเรื่องราวใหญ่ฉากสุดท้ายในการก่อตัวของโลก เมื่อเหตุการณ์หายนะเริ่มเกิดขึ้นกับวิวัฒนาการดาวเคราะห์ของมัน คุณคงไม่เข้าใจว่าโลกก่อตัวได้อย่างไรถ้าไร้ซึ่งความเข้าใจว่าดวงจันทร์ก่อตัวได้อย่างไร Asphaug อธิบาย นี่เป็นส่วนหนึ่งของปริศนาเดียวกัน แบบจำลองเสมือนจริงงานใหม่ซึ่งเผยแพร่ใน Planetary Science Journal ฉบับเดือนตุลาคมโดยฉบับหนึ่งมุ่งเป้าไปที่ดาวศุกร์และโลก และอีกฉบับมุ่งไปที่ดวงจันทร์ของโลก ใจความสำคัญของงานทั้งสองซึ่งผู้เขียนที่นำทีม Asphaug นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ ก็คือ จุดที่ถูกมองข้ามอย่างมากว่า การชนครั้งใหญ่ไม่ได้มีศักยภาพที่จะนำไปสู่การควบรวมอย่างที่นักวิทยาศาสตร์เคยเชื่อกัน

     เราพบว่าการชนครั้งใหญ่เกือบทั้งหมด แม้แต่ด้วยความเร็วที่ต่ำ ก็ยังเป็นแบบชนและหนี นี่หมายความว่าสำหรับดาวเคราะห์สองดวงที่จะควบรวมกันได้ ก่อนอื่นคุณต้องชะลอความเร็วของพวกมันให้ช้าลงในการชนแบบชนแล้วหนี Asphaug กล่าว ถ้านึกถึงการชนครั้งใหญ่ อย่างการชนที่ก่อตัวดวงจันทร์นั้นเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นครั้งเดียวจบก็น่าจะผิด สิ่งที่เป็นไปได้มากกว่าก็คือเกิดการชนสองครั้งซ้อน

จากทฤษฎีการชนใหม่ มีการชนขนาดใหญ่เกิดขึ้นสองครั้งซ้อนโดยมีระยะห่างราว 1 ล้านปี ซึ่งเกี่ยวข้องกับธีอา และโลกในวัยทารก ในภาพนี้ การชนแล้วหนีที่เสนอขึ้นใหม่แสดงเป็นแบบจำลองสามมิติ แสดงช่วงเวลาประมาณ 1 ชั่วโมงหลังการชน(ครั้งแรก) ภาพตัดขวางแสดงแกนกลางที่เป็นเหล็กของวัตถุทั้งสอง ธีอา(หรือเกือบทั้งหมดของธีอา) วิ่งหนีไป ซึ่งน่าจะเกิดการชนตามมาอีกครั้ง 

     ชิ้นส่วนแรกก็คือความเร็วการชนของธีอา ถ้าธีอาชนกับโลกของเราเร็วเกินไป มันก็น่าจะระเบิดเป็นพวยพุเศษซากในห้วงอวกาศและกัดกร่อนเนื้อโลกไปมาก แต่ถ้ามันวิ่งมาช้าเกินไป ผลก็น่าจะดวงจันทร์ที่มีวงโคจรไม่เหมือนกับที่เราเห็นในทุกวันนี้ ทฤษฎีการชนดั้งเดิมไม่ได้อธิบายว่าเพราะเหตุใด ธีอาซึ่งเดินทางด้วยความเร็วที่เหมาะสมระหว่างความสุดขั้วทั้งสองด้านนั้น แต่ลำดับเหตุการณ์ใหม่บอกได้ Matthias Meier จากพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติ ในสวิตเซอร์แลนด์ ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้ กล่าว เริ่มต้นเมื่อธีอาน่าจะเคยมีความเร็วมากกว่านี้ แต่การชนครั้งแรกน่าจะชะลอมันลงจนมีความเร็วที่เหมาะสมให้เกิดการชนครั้งที่สอง

     ปัญหาอีกข้อกับทฤษฎีการชนดั้งเดิมก็คือดวงจันทร์ของเราควรจะประกอบด้วยวัสดุสารดั้งเดิมของธีอาเกือบทั้งหมด แต่หินดวงจันทร์จากปฏิบัติการอพอลโล่ แสดงว่าโลกและดวงจันทร์มีองค์ประกอบที่เหมือนกันเป๊ะ เมื่อวิเคราะห์ธาตุบางชนิด แล้วพวกมันเป็นแบบนั้นได้อย่างไรถ้ามาจากวัตถุดิบสองอย่างที่แตกต่างกัน ลำดับเหตุการณ์การชนครั้งใหญ่แบบเดิมไขปริศนานี้ไม่ได้ Meier กล่าว

     ในทางตรงกันข้าม การชนแล้วหนีแล้วย้อนกลับมาช่วยอธิบายวัสดุสารของโลกและธีอาที่ผสมมากกว่าจากการชนครั้งเดียว ซึ่งสุดท้ายได้ก่อตัวดวงจันทร์ที่มีองค์ประกอบเคมีคล้ายกับโลกมากขึ้น แม้ Asphaug และเพื่อนร่วมงานจะไม่ได้แก้ไขความไม่สอดคล้องด้านองค์ประกอบเคมีอย่างหมดจด แต่ก็บอกว่าแบบจำลองเสมือนจริงชั้นสูงมากขึ้นน่าจะให้ผลที่ดีขึ้น

เคยคิดกันว่าดวงจันทร์ของโลกเป็นผลจากการชนครั้งใหญ่ครั้งหนึ่ง แต่จากทฤษฎีใหม่ เป็นการชนครั้งใหญ่สองครั้งซ้อนซึ่งมีระยะห่างไม่เกิน 1 ล้านปี โดยเกี่ยวข้องกับ ธีอา(Theia) วัตถุที่มีขนาดพอๆ กับดาวอังคาร และโลกในวัยทารก ในภาพ การชนแล้วหนีที่เกิดขึ้นจำลองเป็นสามมิติ เมื่อธีอาชนกับโลกครั้งแรก เป็นการชนแบบถากๆ แล้วก็ผ่านไป เมื่อธีอาและโลกพบกันครั้งที่สอง ธีอามีความเร็วลดลงมากและในการชนก็ทำให้วัตถุทั้งสองผสมวัสดุสารเข้าด้วยกัน ตามที่เห็นในแบบจำลองเสมือนจริง ดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นจากดิสก์เศษซากที่ล้อมรอบโลก

โลก vs ดาวศุกร์

     การไขปริศนาทฤษฎีการชนครั้งใหญ่ยังไม่ใช่ผลสรุปเดียวที่ได้ แต่สิ่งที่สร้างความประหลาดใจอย่างแท้จริงให้กับ Asphaug และทีมมาเมื่อพวกเขาได้เห็นว่าการชนแล้วหนี ส่งผลต่อดาวศุกร์เมื่อเทียบกับโลก อย่างไรบ้าง ตอนแรกผมคิดว่ามันน่าจะผิดพลาด เขารำลึก แบบจำลองเสมือนจริงงานใหม่ได้แสดงว่าโลกที่ยังอายุน้อยดูจะส่งต่อวัตถุชนแล้วหนีของมัน ไปให้กับดาวศุกร์ ในขณะที่ดาวศุกร์ก็รับแทบทุกอย่างที่มุ่งหน้ามาหามัน พลวัตนี้น่าจะช่วยอธิบายความแตกต่างอย่างสุดโต่งระหว่างดาวเคราะห์ทั้งสอง

     นัยยะอย่างหนึ่งก็คือ ดาวศุกร์และโลกน่าจะเผชิญชะตากรรมที่แตกต่างกันอย่างมากเมื่อพวกมันเจริญขึ้นเป็นดาวเคราะห์ แม้ว่าพวกมันจะเป็นเพื่อนบ้านถัดไปในระบบสุริยะก็ตาม ในรายงานซึ่งนำโดย Alexander Emsenhuber ซึ่งทำงานวิจัยนี้ในระหว่างเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องทดลองของ Asphaug และขณะนี้อยู่ที่มหาวิทยาลัยลุดวิกมักซิมิเลียน ในมิวนิค บอกว่า โลกอายุน้อยน่าจะทำหน้าที่เป็นตัวชะลอความเร็วให้กับวัตถุที่เพ่นพล่านเข้ามา ทำให้สุดท้ายพวกมันน่าจะไปชนและติดหนึบอยู่กับดาวศุกร์ เราคิดว่าในช่วงการก่อตัวระบบสุริยะ โลกคงทำหน้าที่เป็นแนวหน้าให้กับดาวศุกร์ Emsenhuber กล่าว เราพบว่าบ่อยครั้งกว่าที่วัตถุที่พุ่งชนจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของดาวศุกร์ แทนที่จะย้อนกลับมาที่โลก มันง่ายกว่าที่จะวิ่งจากโลกไปดาวศุกร์ เมื่อเทียบกับการวกกลับมา(นั้นเป็นเพราะดาวศุกร์อยู่ใกล้ดาวอาทิตย์มากกว่า ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงดึงวัตถุเข้ามา)

ดาวเคราะห์หินในระบบสุริยะส่วนในแสดงตามสัดส่วนจริง จากทฤษฎีการสะสมมวลสารขั้นหลัง(late stage accretion) ดาวอังคารและดาวพุธ(ซ้ายและขวาด้านหน้า) เป็นสิ่งที่เหลืออยู่จากประชากรดั้งเดิมของตัวอ่อนดาวเคราะห์ที่ชนกัน และดาวศุกร์และโลกเจริญเติบโตจากการชนครั้งใหญ่ที่เกิดเป็นชุด งานวิจัยใหม่มุ่งเป้าไปที่การชนครั้งใหญ่แบบชนแล้วหนี และแสดงว่าโลกทารกน่าจะทำหน้าที่เป็นแนวหน้าที่ชะลอความเร็ววัตถุในการชนและหนีไว้ แต่เป็นดาวศุกร์ในช่วงทารกที่สุดท้ายจะสะสมมวลสารได้บ่อยกว่า ซึ่งหมายความว่าดาวศุกร์มีโอกาสได้วัตถุจากระบบสุริยะส่วนนอกมากกว่า 

     ถ้ามีวัตถุพุ่งชนไปจบที่ดาวศุกร์มากขึ้น พวกมันก็น่าจะเติมวัตถุดิบจากระบบสุริยะส่วนนอกให้กับดาวศุกร์เมื่อเทียบกับโลก และเนื่องจากวัตถุที่พุ่งชนหนีออกจากโลกไปหาดาวศุกร์ ก็น่าจะเป็นพวกวิ่งเร็ว ดาวเคราะห์แต่ละดวงจึงน่าจะเผชิญกับการชนที่โดยทั่วไปจะแตกต่างกัน การค้นพบนี้พลิกเป้าหมายเดิมในการศึกษานี้ไปเลย ถ้าดาวศุกร์เจอกับการชนครั้งใหญ่ๆ มากกว่าโลก คำถามก็คงไม่ใช่ว่า “เพราะเหตุใดโลกจึงมีดวงจันทร์” อีกต่อไป แต่กลายเป็น แล้วทำไมดาวศุกร์จึงไม่มีดวงจันทร์

      บางทีอาจเป็นเพราะเป็นเหตุการณ์แบบชนแล้วหนีเพียงเหตุการณ์เดียวที่สร้างดวงจันทร์ของโลกขึ้นมา บางทีก็อาจจะมีหลายเหตุการณ์ แต่มีเหตุผลเดียวกันก็คือดาวศุกร์มีการชนมากกว่าโลก มันยังสะสมเศษซากจากการชนไว้มากกว่า ซึ่งจะทำลายดวงจันทร์ใดๆ ที่มันเคยมีอยู่ หรือบางที การชนครั้งท้ายๆ บนดาวศุกร์ก็แค่รุนแรงเป็นพิเศษ

     การค้นหาคำตอบน่าจะหมายถึงการเดินทางไปดาวศุกร์ ถ้าโลกและดาวศุกร์เคยโดนชนแล้วหนีเหมือนกัน พื้นผิวของดาวศุกร์ก็น่าจะดูคล้ายกับโลกมากกว่าที่เคยคาดไว้ ถ้าดาวศุกร์มีองค์ประกอบเคมีที่คล้ายกับดวงจันทร์และโลก ก็น่าจะกำจัดปัญหาข้อสุดท้ายที่เหลืออยู่จากทฤษฎีการชนครั้งใหญ่ทิ้งไปได้ ถ้าได้ตัวอย่างจากดาวศุกร์จะเป็นกุญแจสู่การตอบคำถามทั้งหมดเหล่านี้ Asphaug กล่าวสรุป

แหล่งข่าว skyandtelescope.com : two impacts, not just one, may have formed the Moon
                phys.org : Earth and Venus grew up as rambunctious planets
                space.com : ancient impact that formed Earth’s moon was likely a one-two punch