Bilim insanları Dünya'nın gizli tarihini ay kayalarında buldu

Dünya-Ay sisteminin oluşum hikayesi, bilim insanları tarafından uzun yıllardır merak konusu olmuştur. Günümüzde en yaygın kabul gören açıklama, Dev Çarpışma Hipotezi olarak bilinmektedir. Bu teoriye göre, yaklaşık 4,5 milyar yıl öncesinde Mars'ın büyüklüğünde bir gök cismi olan Theia, henüz tam olarak şekillenmemiş proto-Dünya ile korkunç bir çarpışmaya maruz kalmıştır. Bu muazzam çarpışma, her iki cismi de tamamen eriyerek lavaya dönüştürmüş ve sonrasında bu erimiş materyaller birleşerek soğumuş, böylece günümüzde bildiğimiz Dünya ve Ay'ı meydana getirmiştir. Zamanla Ay, Dünya'nın çekim alanından uzaklaşarak dışa doğru göç etmiş ve sonunda mevcut yörüngesine yerleşmiş; bu yörüngede Ay'ın bir yüzü kalıcı olarak Dünya'ya dönük kalmıştır. Onlarca yıldır araştırmacılar, Theia'nın nereden kaynaklandığı, iç Güneş Sistemi'nde mi yoksa dış bölgelerde mi oluştuğu gibi temel sorulara cevap aramaktadırlar.

Yeni araştırma Theia'nın kökenini açığa çıkarıyor

Max Planck Güneş Sistemi Araştırmaları Enstitüsü'nden yapılan son araştırma, bu uzun süredir devam eden tartışmaya önemli bir katkı sağlamıştır. Araştırma ekibi tarafından yakın zamanda yayınlanan makalede ileri sürülen bulgular, Theia'nın muhtemelen iç Güneş Sistemi'nde ortaya çıktığını göstermektedir. Bu sonuçlara ulaşmak için bilim insanları, Apollo astronotları tarafından Ay'dan getirilen kayaların içindeki demir izotoplarının oranlarını dikkatle incelemişlerdir. Bu kayalardaki izotop oranları, Dünya'da bulunan kayalardaki oranlarla karşılaştırılmış ve analiz edilmiştir. Böylece ekip, Theia'nın muhtemel bileşimini sınırlandırabilmiş ve bu gök cisminin kökenini izleyebilmiştir. Bu metodolojik yaklaşım, milyarlar yıl önceki bir olayın izlerini günümüzde bulunabilecek materyallerden takip etmenin ne kadar önemli olduğunu göstermektedir.

Uluslararası bilim insanları ekibi çalışmayı yürütmüştür

Araştırmanın başında, Max Planck Enstitüsü ve Chicago Üniversitesi Jeofizik Bilimleri Bölümü'nde görev yapan jeobilimci ve Laboratuvar Müdürü Timo Hopp bulunmaktadır. Hopp'un liderliğinde, her iki kurumdan gelen meslektaşlarının yanı sıra Hong Kong Üniversitesi Yer ve Gezegen Bilimleri Bölümü'nden, Clermont Auvergne Üniversitesi'ndeki CNRS Magmas ve Volkanlar Laboratuvarı'ndan ve Michigan Eyalet Üniversitesi Yer ve Çevre Bilimleri Bölümü'nden araştırmacılar yer almıştır. Bu geniş ve disiplinler arası ekip, 'Ay'ı oluşturan çarpan Theia iç Güneş Sistemi'nden kaynaklandı' başlıklı çalışmalarını 20 Kasım tarihinde prestijli Science dergisinde yayınlatmıştır. Uluslararası işbirliğinin bu şekilde gerçekleşmesi, bilimsel araştırmaların ne kadar karmaşık ve çok yönlü olduğunu, aynı zamanda küresel bilim camiasının bu tür soruları çözmek için ne kadar kararlı olduğunu göstermektedir.

Apollo görevleri Dünya-Ay bağlantısını ortaya çıkardı

Theia'nın varlığı ve rolü hakkındaki ilk şüpheler, Apollo astronotları tarafından Ay'dan getirilen kayaların incelenmesiyle başlamıştır. Bu kayaların analizi, Ay'ın kabuğunun Dünya'nın kabuğuna şaşırtıcı derecede benzer olduğunu ortaya çıkarmıştır. Her iki kabuğun da ağırlıklı olarak silikat minerallerinden ve metallerden oluştuğu tespit edilmiştir. Daha sonra yapılan ileri deneyler, özellikle sismometreler kullanılarak, Ay'ın da Dünya'ya benzer bir iç yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Ay'ın bir silikat kabuğu ve mantosu ile bir demir-nikel çekirdeğinden oluştuğu anlaşılmıştır. Bu dikkat çekici benzerlikler, bilim insanlarını Dev Çarpışma Hipotezi'ni geliştirmeye yöneltmiştir. Ancak bu hipotez ortaya atıldığında bile, Theia'nın boyutu, bileşimi ve Güneş Sistemi'ndeki orijinal konumu hakkında birçok soru yanıtsız kalmıştır.

İzotop analizi Theia'nın sırlarını çözmek için kullanıldı

Theia'nın felaket sonucu kaderi ve geçen milyarlar yıl göz önüne alındığında, bu soruları doğrudan yanıtlamak son derece zordur. Neyse ki, Theia'nın izleri günümüz Dünya'sında ve Ay'da bulunan kayalarda kalıcı olarak korunmuştur ve bilim insanları bu izleri inceleyerek hangi materyalin Theia'dan kaynaklandığını belirleyebilmektedir. Hopp ve meslektaşları, 15 karasal kaya ve altı ay örneğindeki demir izotoplarını detaylı biçimde incelemişlerdir. Bu örnekleri birbirleriyle ve birkaç göktaşı örneğiyle karşılaştırmışlardır. Bir cisimde bulunan demir izotoplarının oranları, o cismin Güneş Sistemi'nin neresinde oluştuğunu ortaya çıkarabilmektedir. Bunun nedeni, bilim insanlarının farklı elementlerin izotoplarının erken Güneş Sistemi'nde eşit şekilde dağılmış olma olasılığının düşük olduğuna inanmasıdır. Bu temel ilke, araştırmanın tüm metodolojisinin temelini oluşturmaktadır.

Erken Güneş Sistemi'nde izotop dağılımı farklıydı

Milyarlar yıl öncesinde, gezegenler henüz oluşum aşamasındayken, demir, silika, karbon ve diğer yapı taşlarının izotoplarının Güneş Sistemi'nin farklı bölgelerinde farklı oranlarda bulunduğu teorileştirilmektedir. Özellikle, dış Güneş Sistemi'nde bulunan bu izotopların oranları, Güneş'e daha yakın olan iç bölgelerdeki oranlardan önemli ölçüde farklıydı. Araştırma ekibi, demir izotoplarına ek olarak krom, molibden ve zirkonyum izotoplarını da değerlendirmiştir. Bu çok yönlü analiz, sonuçların güvenilirliğini artırmıştır. Chicago Üniversitesi ve Hong Kong Üniversitesi'nden ortak yazar Nicolas Dauphas, benzeri görülmemiş doğrulukta kütle-denge hesaplamaları kullanarak, sonuçların Dünya ve Ay'ın ayırt edilemez kütleden bağımsız demir-izotopik bileşimlere sahip olduğunu göstermiştir. Bu bulgu, krom, kalsiyum, titanyum ve zirkonyum dahil olmak üzere diğer elementler için daha önceki izotop-oranı ölçümlerini desteklemektedir; bu ölçümler zaten Dünya ve Ay'ın bu açıdan ayırt edilemez olduğunu göstermişti.