איך הירח הנוצר?
ומה הקשר למדען המשימה של ספייס איי.אל?

לפני שנספר לכם ולכן על התיאוריות להיווצרותו של הירח, נקדים את המאוחר ונגלה שמחקר ישראלי קורא תִּגָר על התיאוריה המקובלת להִיוָוצְרוּת הירח, ומציע כי הירח לא נוצר בהתנגשות של גוף גדול אחד עם כדור הארץ, אלא בסדרת התנגשויות עם גופים קטנים בהרבה

החוקרים הם פרופסור חגי פרץ מהטכניון, פרופסור עודד אהרונסון, ממכון ויצמן למדע, שהוא גם מדען המשימה שלנו בSpaceIL  – תוכלו לקרוא כאן את הכתבה של אהרונסון על הניסוי המדעי שתחת אחריותו בחללית שלנו – וחוקרת נוספת היא תלמידת המחקר של פרופ' אהרונסון, שמה רַלוּקָה רוּפוּ (Rufu), אתם ודאי זוכרים אותה מפּוֹדְקָאסְט מועדון השאלות שלנו.

אז נתחיל:

כדור הארץ נוצר לפני כ-4.5 מיליארד שנים, ומדענים מעריכים שהירח נוצר זמן קצר אחריו, כמה עשרות מיליוני שנים בלבד. השאלה 'כיצד בדיוק הוא נוצר' לא קיבלה תשובה מלאה עדיין. עם השנים הועלו כמה תֵּיאוֹרְיוֹת, אך לא סיפקו הסברים מניחים את הדעת, ורובן נשללו בסופו של דבר.
בכתבה זו נציג את ארבע התיאוריות העיקריות ואת התיאוריה הישראלית שגובשה לאחרונה.

אבל לפני כן בטוח שאלתם את עצמכם: רגע, מהי תֵּיאוֹרְיָה מדעית?

תֵּיאוֹרְיָה היא הסבר מבוסס היטב ומקיף של תופעות מסוימות בעולם. ההסבר הזה מגוּבֶּה בכמות נכבדת של רֵאַיוֹת, ובהִיפּוֹתֶזָה (השערה) אחת או יותר שאוששו (אושרו, הוכחו כנכונות) במחקרים ובתצפיות שוב ושוב ולאורך זמן. תיאוריות הן אינן "ניחושים", אלא הסברים מגוּבִּים בעובדות על העולם האמיתי. בנוסף, הן מאפשרות לפתח תחזיות עתידיות על התופעות שהן מסבירות.
תיאוריות הן פסגת הידע המדעי והן נחשבות להסברים הנכונים ביותר הקיימים בעולם המדע. תיאוריה מפסיקה להיחשב נכונה אם הפריכו אותה, כלומר הדגימו שהיא אינה נכונה או שחלק מההיפותזות (ההשערות) שהיא נשענת עליהן אינן נכונות. תיאוריות גם עשויות להשתכלל: הן מתעדכנות והופכות מדויקות יותר.

וכעת לעניינו, אלו הן התיאוריות העיקריות להיווצרות הירח:

לכידה (Capture)

על פי התיאוריה הזו, הירח נוצר במקום אחר ונלכד בכוח הכבידה של כדור הארץ לאחר שנקלע באקראי (במקרה) לסביבתו. הסבירות שגרם שמיים בדיוק בגודל המתאים ייקלע בדיוק לאזור המתאים נמוכה מאוד, ונראה כי דרוש גורם שלישי כלשהו לסילוק האנרגיה הקִינֶטִית* של הירח שהביאה אותו לכאן. התיאוריה הזו גם אינה עולה בקנה אחד עם הדמיון הרב בין כדור הארץ לירח בהרכב של אִיזוֹטוֹפִּים שונים, המרמז על מוצא משותף של שני הגופים.

* אנרגיה קִינֶטִית היא אנרגיה האגורה בגוף הנמצא בתנועה
**אִיזוֹטוֹפִּים – גרסאות שונות של אותו יסוד (ראו הסבר מפורט יותר על איזוטופים בתיאוריית ההתנגשות כאן בהמשך הכתבה מטה)

איור במחשב המנסה לדמות קרבה (רבה מדי) בין כדור הארץ לירח - התמונה רק כדי שנוכל להמחיש, אך אינה הדמיה מדויקת

%d7%aa%d7%99%d7%90%d7%95%d7%a8%d7%99%d7%99%d7%aa-%d7%94%d7%9c%d7%9b%d7%99%d7%93%d7%94

על פי תיאוריה הלכידה הירח נוצר במקום אחר ונלכד בכוח הכבידה של כדור הארץ. שאטרסטוק

התנתקות (Fission)

את התיאוריה הזו הציע בסוף המאה ה-19 האסטרונום הבריטי ג’ורג' דרווין, בנו של אבי תורת האבולוציה. הוא סבר שבגלל מהירות הסיבוב של כדור הארץ ניתק ממנו גוש סלע גדול והותיר את החלל שהוא כיום האוקיינוס השקט. לו הייתה התיאוריה הזו נכונה, היה על כדור הארץ להסתובב במהירות גבוהה בהרבה ממהירותו הנוכחית. נוסף על כך, הירח היה צריך לנוע במסלול המקיף את קו המשווה. התיאוריה הזו אינה מתיישבת גם עם הידוע לנו על נדידת היבשות, ועם העובדה שהלוחות המרכיבים את קרקעית האוקיינוס השקט צעירים הרבה יותר מהירח.

סְפִיחָה (Accretion)

על פי תיאוריה זו, הירח וכדור הארץ נוצרו יחד מאותו ענן חומר, או שהירח נוצר מעט מאוחר יותר מחיבור של שאריות הענן שנעו במסלול סביב כדור הארץ. התיאוריה הזו אינה מסבירה הבדלים בהרכב הכימי בין כדור הארץ לירח, כמו העובדה שבירח יש פחות ברזל מאשר בכדור הארץ. התיאוריה הזו גם אינה עולה בקנה אחד עם מהירות הסיבוב של הירח סביב כדור הארץ.

התנגשות (Impact)

ההתנגשות היא התיאוריה המקובלת כיום. על פי גישה זו, גוף שגודלו דומה לזה של מאדים התנגש בכדור הארץ הצעיר. כתוצאה מההתנגשות נהדף חלק מכדור הארץ לחלל, והתמזג עם חלק מהגוף המתנגש. שני החלקים יצרו את הירח. נוסף על כך, ייתכן שחלק אחר מהגוף המתנגש נטמע בכדור הארץ. מדענים העניקו לגוף שהתנגש בכדור הארץ את השם ת’יאה – זו אלת הטיטאנים במיתולוגיה היוונית, ואמה של סלנה, אלת הירח. תיאוריה זו פותרת בעיות רבות של התיאוריות הקודמות, אבל גם היא לוקה בבעיות משלה. למשל, העובדה שהסבירות להתנגשות כזו – של גוף גדול למדי, במהירות נמוכה יחסית ובזווית מדויקת – זעירה ממש.

כדי לבדוק את התיאוריה, בחנו מדענים את הרכב האיזוטופים של חומרים שונים על הירח. איזוטופים הם צוּרוֹנִים שונים של יסוד, הזהים בתכונות הכימיות ונבדלים זה מזה רק במסה שלהם בגלל מספר שונה של ניטרונים בגרעין. כשבחנו את התחמוצות בדגימות אבנים שהביאו מהירח האסטרונאוטים של חלליות אפולו, גילו שהרכב החמצן שם זהה להרכבו על כדור הארץ.

ממצאים אלה מחזקים את ההשערה בדבר מוצאם המשותף של כדור הארץ ושל הירח, אבל לא בהכרח מתיישבים עם מודל ההתנגשות שלפיו הירח אמור להיות מורכב גם מחלקים של ת’יאה. הסבירות שהרכב האיזוטופים של חמצן יהיה זהה על גרם שמימי אחר נמוכה ביותר, במיוחד אם הוא נוצר באזור מרוחק. אחד ההסברים האפשריים הוא שההתנגשות הייתה כה עזה, ויצרה חום כה רב, עד שחלקים מת’יאה התערבבו עם כדור הארץ ערבוב מושלם, שנשמר גם בחלקיהם שיצרו את הירח. ממצאים באיזוטופים של יסודות נוספים, כמו טונגסטן וטיטניום, חיזקו את ההשערה הזאת.

התמונות כאן אוירו במחשב ורק נותנות מושג קל לתיאוריות השונות - לפי דמיון היוצרים - הן אינן מדמות באופן מוחלט את ההתרחשויות

%d7%aa%d7%99%d7%90%d7%95%d7%a8%d7%99%d7%aa-%d7%94%d7%aa%d7%a0%d7%aa%d7%a7%d7%95%d7%aa

תיאוריית ההתנתקות: בגלל מהירות הסיבוב של כדור הארץ ניתק ממנו גוש סלע גדול |תמונה משאטרסטוק

%d7%aa%d7%99%d7%90%d7%95%d7%a8%d7%99%d7%99%d7%aa-%d7%94%d7%a1%d7%a4%d7%99%d7%97%d7%94

תיאוריית הספיחה: הירח וכדור הארץ נוצרו יחד מאותו ענן חומר |שאטרסטוק

%d7%aa%d7%99%d7%90%d7%95%d7%a8%d7%99%d7%99%d7%aa-%d7%94%d7%94%d7%aa%d7%a0%d7%92%d7%a9%d7%95%d7%aa

כתוצאה מההתנגשות עם גרם שמיימי נהדף חלק מכדוה"א לחלל, והתמזג עם חלק מהגוף המתנגש

התנגשויות מרובות
התיאוריה של פרופסור פרץ, פרופסור אהרונסון והדוקטורנטית רופו.

בעת האחרונה פיתחו החוקרים מישראל [עליהם סיפרנו לכם בתחילת הכתבה] גִרְסָה חדשה לתיאוריית ההתנגשות. הם העלו השערה שלא גוף אחד גדול התנגש בכדור הארץ, אלא כמה וכמה גופים קטנים, מאית עד עשירית מכדור הארץ, שכנראה היו נפוצים מאוד במערכת השמש הצעירה. לדברי החוקרים, התנגשויות עם גופים קטנים במהירות גבוהה היו יכולות להעיף לשמיים כמויות גדולות של סלעים ושל אבק, וליצור דיסקות* ספיחה –ענני חומר ואבק הנעים במסלול סביב כדור הארץ. חומרי הדִיסְקָה התלכדו ויצרו ירח קטן (moonlet). התנגשויות חוזרות גרמו ליצירת ירחים קטנים נוספים בדרך דומה, ובסופו של דבר הם התמזגו זה עם זה עד ליצירת הירח המוכר לנו.

 *דיסקה – צורה עגולה ושטוחה כמו דיסק

כדי לבחון את ההשערה, הריצו החוקרים הַדְמָיוֹת (סִימוּלָצְיוֹת) של תרחישים כאלה במערך מחשבים רב עוצמה, המסוגל לשקלל את הנתונים הרבים. בסך הכול הם בחנו 864 תרחישים של התנגשויות גופים קטנים בכדור הארץ. כל הַדְמַיָה בדקה התנגשות אחת, שנבדלה מהאחרות בפרמטרים שונים כמו גודל הגופים, מהירותם, זווית ההתנגשות ומהירות הסיבוב של כדור הארץ. מתוך התרחישים האלה, 750 סימולציות הסתיימו ביצירת דִיסְקָת ספיחה סביב כדור הארץ, באופן כזה שאִפְשֶר התחברות של החומר ליצירת ירח קטן. כך מהתנגשויות נוצרו מספר ירחים קטנים ובסופו של דבר, אם הירח הקטן שנוצר וסובב את כדור הארץ נמצא קרוב מספיק לירח שקדם לו, הם עשויים להתנגש ולהתמזג לגוף אחד.

כדי לנסות להעריך עד כמה רצף של התנגשויות יחידות עם גופים קטנים יכול להניב בסופו של דבר ירח כמו שלנו, עשו החוקרים הדמיות נוספות שבהן השתמשו בתוצאות ההדמיות הקודמות. המחשב בחר באקראי תוצאות של 10, 20 או 30 סימולציות ובחן כמה מהן מסתיימות בתנאים המאפשרים התפתחות ירח. החוקרים מדווחים כי בהדמיות של התנגשות עם גוף גדול, רק אחוז או שניים מהתרחישים יוצרים תנאים להתפתחות הירח. אך בהדמיות של סדרת התנגשויות, המספר מזנק לעשרות אחוזים, תלוי כמובן במאפיינים של כל התנגשות.

לפי המודל, בתנאים מסוימים רוב החומר שיועף לחלל יהיה סלעים מכדור הארץ, ובתנאים אחרים חלק גדול מהחומר בדיסקה יגיע מהגוף המתנגש עצמו. חלק נכבד מההדמיות הניב ירחים הדומים בהרכבם מאוד לכדור הארץ, נתון המתאים להרכבי האיזוטופים הדומים מאוד של שני הגופים (הירח וכדור הארץ).

גם ההדמיות המסתיימות ביצירת ירחים קטנים אינן מובילות בהכרח לתרחיש של יצירת ירח גדול. בהדמיות רבות ירחים כאלה התנגשו שוב עם כדור הארץ, או התרחקו לחלל, ולאו דווקא התמזגו. סבירות גבוהה להתמזגות ירחים התקבלה בהדמיות שבהן הירח הצעיר גדול יותר מקודמו, ולכן הוא משיג אותו בסופו של דבר ומתמזג עמו.

אמנם המחקר של פרץ, אהרונסון ורופו לא מספק תשובה סופית לשאלה הגדולה כיצד נוצר הירח,  אבל המודל שהם מציעים על פי הדמיות וחישובי הסתברויות מציג אפשרות סבירה שהירח אכן נוצר בסדרת התנגשויות של כדור הארץ הצעיר עם אסטרואידים גדולים, והגיע לגודלו הסופי כ-60 עד 100 מיליון שנים(!) אחרי יצירת כדור הארץ. כעת מתכוונים החוקרים לבחור את התרחישים הסבירים ביותר מבין ההדמיות הרבות, ולנסות לפתח מודל שיספק את ההסבר הטוב ביותר להיווצרות הירח.

צפו בסרטון של מכון ויצמן למדע, המסביר את התיאוריה החדשה (באנגלית)
בתחילת הסרטון מוצגת תיאורית ההתנגשות הקודמת, ולאחריה מוצגת התיאוריה החדשה:

הקליקו כאן לכתבה המקורית והמלאה במכון דוידסון.

רוצה עוד? אפשר להירשם לעדכונים כאן:

מה דעתך על התוכן?

Please rate this

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

תגובות

*

*כתובת האימייל שלך לא תפורסם.
 עיצוב: DVIVO | בנייה: Alice Eitan

איתי נבו הוא העורך ראשי של אתר מכון דוידסון של מכון ויצמן למדע. בשנים 2001-2015 היה עורך חדשות בכיר בקול ישראל, ורוב התקופה היה גם כתב המדע של רשת ב'. במסגרת זו הגיש וערך את מגזין המדע "מיקרוסקופ" וכתב את מדור חדשות המדע "המאור הקטן" באתר רשת ב'.  איתי בעל תואר ראשון בביולוגיה ותואר שני בחקלאות (אנטומולוגיה), שניהם מהאוניברסיטה העברית בירושלים.

הנה קישור לכתבה המקורית של איתי באתר מכון דוידסון.

צרו קשר:

שינוי גודל גופנים
ניגודיות