Ay Nasıl Oluştu? Ay'ın Oluşumu Hakkındaki Hipotezler, Theia Ön Gezegeni ile Dünya'nın Çarpışması ve Diğer Olası Açıklamalar...

Ay, gökyüzünde geceleri en parlak, en şaşırtıcı gök cismidir. Her ne kadar onun varlığına alışık olmamız dolayısıyla çoğu zaman görmezden gelsek de, Dünya'da yaşam ve diğer süreçler ile yakından ilişkili bu gök cisminin nasıl olup da oraya geldiği, tam olarak nasıl oluştuğu halen tam olarak aydınlatılamamıştır.

Ay’ı Güneş Sistemi’ndeki diğer uydular ile karşılaştırdığımız zaman, gerçekten garip bir cisim olduğunu görürüz. Gezegeni ile karşılaştırıldığında, Güneş Sistemi'ndeki diğer aylardan çok daha büyüktür; öyle ki Ay, Güneş Sistemi içerisinde etrafında döndüğü gezegenine oranla en büyük uydudur. Adeta kendi başına bir gezegen gibidir: Ay'ın Plüton'dan bile büyük olması, bu cüce gezegenin gezegenlik statüsünü neden yitirdiğini daha iyi anlamanızı sağlayabilir. Ayrıca Ay olmasaydı, gezegenimizin köklü bir biçimde değişeceği düşünülecek olursa, bu uydumuzun nasıl oluştuğunun uzay biliminin en büyük çözülmemiş sırlarından biri olması şaşırtıcı gelebilecektir.

Devasa büyüklükteki Ay'ımızın oluşumu hakkında birçok teori var. Ama hepsi, Güneş Sistemi’mizin oluşum tarihi ile aynı olarak, yaklaşık 4.6 milyar yıl önce başlıyor. Bu dönemde daha bebek olan Güneş, ona yakın olan gaz bulutlarını uzağa üflüyor. Zamanla savrulmaya devam eden gaz, toz ve taş parçaları, kütleçekiminin etkisi altında öbeklenerek, yepyeni gezegenleri oluşturmaya başlıyor. Henüz oldukça başıboş olan bu gezegenler, sabit birer yörüngeye oturana kadar sürekli birbirleriyle kesişiyorlar ve şiddetli çarpışmalar oluyor. Yani o dönemde var olan gezegen sayısı, şu an da bildiğimizden çok ama çok fazlaydı. Peki bu başıboş gezegenlerden birinin kaderinin bizim Ayımıza dönüşme ihtimali mümkün mü?

Ay'ın Oluşumuna Yönelik Hipotezler

Yakalama Hipotezi: Ay, Eski Bir Ön-Gezegen Olabilir mi?

Yakalama teorisine göre başıboş bir gezegen, Dünyamıza çok yakın bir mesafeden geçerken gezegenimizin kütleçekimine yakalanarak yörüngesine girmiş olabilir.^[1] Böylece gezegenimiz, bugüne kadar ona eşlik edecek bir uyduya kavuşmuş olabilir.

Bu teori, ilk etapta tüm bilinmezi aydınlatıyor gibi gözükse de bazı sorunlar mevcuttur. Astrofizikçi James Bullock şöyle anlatıyor:

Ay, yakalanmış bir gezegen olsaydı, bileşenlerinin Dünya’dan farklı olmasını beklersiniz. Başka bir yerde oluşmuş olmalı, ardından da Dünya onu yakalamalıydı.

Ay ile Dünya'daki kaya örnekleri karşılaştırıldığında, Ay'ın yapısının, Dünya'nınkine çok ama çok benzer olduğu görülmektedir. Örneğin bu tür bir kıyaslama için en iyi taş örneği olan Anortozit adlı bir taş türünün, Ay’ın eriyik halde olduğu, lavların yoğun bir şekilde bulunduğu dönemde Ay’da oluşması gerekirdi. Ve Dünya’da da bu taşların oluştuğu jeolojik olarak aktif yerler bulunuyordu. 1970’lerde Apollo astronotları Ay’da bulunan bazı örnekleri Dünya’ya getirdiler. Ve yapılan karşılaştırmalar herkesi şaşkına uğrattı. Çünkü Ay’daki ve Dünya’daki kaya örnekleri, yapısal bileşen olarak aynıydı. Bu keşif sonucunda Yakalama Teorisi terk edildi.

Gezegensel Bölünme (Fisyon) Hipotezi

Bu ilginç hipotez, Evrim Teorisi'nin babası Charles Darwin'in oğlu George Darwin tarafından 1879 yılında ileri sürülmüş bir açıklamadır.^[2] Gezegensel Fisyon Hipotezi'ne göre, Dünya'nın oluşumu sırasında gezegenimiz çok hızlı bir şekilde kendi etrafında dönmekteydi ve bir noktada bir parçası etrafa savrularak Ay'ın oluşmasını mümkün kılacak şekilde bölündü.

Her ne kadar hiçbir zaman yaygın bir şekilde kabul edilmediyse de, bu hipotez özellikle de Apollo görevlerine kadar bir miktar popülariteye kavuştu; hatta 1925 yılında Avusturyalı jeolog Otto Ampherer, Ay'ın oluşma mekanizmasını benzer bir kıtasal kayma ile izah etmeye çalıştı.^[3]

Bazı araştırmacılar, Pasifik Okyanusu'nun yapısının bu tür bir bölünmeden arta kalan bir yapı olduğunu ileri sürdüler; ancak günümüzde Pasifik Okyanusu'nun yatağının sadece 200 milyon yıl civarında bir yaşa sahip olduğu, Apollo görevleri sayesindeyse Ay'ın yaklaşık 4.5 milyar yıl yaşında olduğu bilinmektedir. Ayrıca Ay'ın yüzeyi, Dünya'nın okyanus kabuğuna ait malzemeden değil, Dünya mantosuna ait malzemeden oluşmaktadır.^[4] Tüm bunlar, bu hipotezin terk edilmesine neden olmuştur.

Wikimedia

Akresyon Hipotezi

Bu hipoteze göre Dünya ve Ay, Güneş Sistemi'nin oluşumu sırasında var olan akresyon diski içerisinde bir çifte sistem olarak evrimleşmiştir.^{[5], [6]} Her ne kadar bu açıklama ilk etapta kulağa makul gibi geliyor olsa da, Dünya-Ay sisteminin açısal momentumundan gelen veriler, bu tür bir çifte sistem oluşumu ile örtüşmemektedir. Ayrıca Ay'ın yarıçapının %25'ini oluşturan demir çekirdeğinin, Dünya'nın yarıçapının %50'sini oluşturan demir çekirdeğe nazaran neden bu kadar küçük olduğu da bu hipotez ile izah edilememektedir. Bu nedenle bu hipotez üzerinde pek durulmamıştır.

Nükleer Patlama Hipotezi

Her ne kadar nükleer patlamaların sadece yapay yollarla meydana gelen olgular olduğunu düşünmeye meyilli olsak da, gezegen ve sistem oluşumu gibi büyük astronomik olaylar sırasında bu tür sıra dışı olgular da yaşanabilmektedir. Örneğin Dünya'nın oluşumu sırasında toryum ve uranyum gibi radyoaktif elementlerin aşırı yoğun olarak bulunması halinde, doğal nükleer fisyon reaksiyonları yaşanabilir ve bir atom bombasında gördüğümüz zincirleme çekirdek tepkimeleri başlayabilir. Bu patlamalar da, Ay'ın oluşmasını mümkün kılacak kadar malzemenin uzaya saçılmasına neden olabilir.^[7]

İlk olarak 2010 yılında Hollandalı bilim insanları Rob de Meijer ve Wim van Westrenen tarafından ileri sürülen bu hipotez, Dünya'da meydana gelen doğal nükleer tepkimelerin çok ama çok daha küçük ölçekte yaşanıyor olmasından ötürü pek güçlü bir hipotez olarak görülmemektedir.

Büyük Çarpışma Hipotezi: Theia-Dünya Çarpışması ve Ay'ın Oluşumu

Ay'ın oluşumuna yönelik en çok kabul gören açıklama ise Büyük Çarpışma Hipotezi olarak bilinen bir açıklamadır.^[8] Günümüzden 4.533 milyar yıl kadar önce Mars-boyutlarındaki Theia (veya Orpheus) adındaki bir ön-gezegen, Dünya’ya çarparak genç gezegenimizden devasa parçalar kopararak uzaya saçmıştır. Kütleçekimi nedeniyle bu uzaya fırlayan parçalar birbiriyle birleşmiş ve bugün “Ay” adını verdiğimiz uydumuzu oluşturmuştur.

Bu ön gezegen, ismini Yunan mitolojisinde Ay tanrıçası olan Selene'nin annesi titaniçe Theia'dan almaktadır. Bu açıdan da Ay'ın oluşumuyla uygun bir mitolojik hikaye seçildiği söylenebilir. Hoş bir şekilde Theia, modern Yunancada "teyze" anlamına da gelmektedir.

Theia ile Dünya, kafa kafaya çarpışmamışlardır (her ne kadar bunun aksini gösteren bulgular olsa da).^{[9], [10]} Kafa kafaya olan bir çarpışmanın, Dünya'yı yörüngesinden savuracağı ve bunun sonucunda Dünya'yı ya Güneş Sistemi'nden koparacağı ya da Güneş'e çarpmasına neden olacağı düşünülmektedir. Daha muhtemel senaryoda, iki ön-gezegen de parçalarına ayrılmış ve birbirine kaynamıştır (veya çarpışma sonrası farklı yönlere doğru savrulmuşlardır). Theia, daha eğik bir açıyla ve Dünya'nın Güneş etrafında hareket ettiği yönde giderken (dolayısıyla kısmen düşük göreli hızla) çarpmıştır. Theia'nın çarpış öncesi hızının saniyede 4 kilometreden (saatte 14.320 kilometre) düşük olduğu ve çarpma açısının 45 derece civarında olduğu düşünülmektedir.^[11]

Wikimedia

Bu çarpma sonucunda Theia'nın, zaten halen katılaşma sürecinde olan Dünya içerisine kaynadığı (bir bütün olduğu) düşünülmekteydi; ancak Ay ve Dünya'nın titanyum izotopu oranlarına baktığımızda, her iki gök cisminde de bu oranların birbirine çok yakın (milyonda 4 parça düzeyinde) olduğunu görüyoruz.^[4] Ancak Güneş sistemi içerisinde bağımsız olarak oluşan gezegenlerde (veya ön gezegenlerde) farklı kabuk yapıları, dolayısıyla farklı izotop dağılımları görmeyi bekleriz.^[12] Bu nedenle Theia-Dünya çarpışması sırasında Theia'nın Dünya'ya kaynamadığı, çarpışma sonrasında savrularak sistemi terk etmiş olabileceği veya Güneş'e düşmüş olabileceği düşünülmektedir.

Ancak ne olursa olsun, çarpmanın etkisiyle uzaya savrulan devasa miktarda gezegen parçaları Mars ile Venüs arasında geçici bir asteroid kuşağı yaratmıştır. Bu kuşak içerisinde Dünya gibi iri bir gezegen bulunduğu için, asteroidler kısa bir süre içerisinde kütleçekiminin etkisiyle birbirine kaynamaya başlamış ve bugün bildiğimiz anlamıyla Ay'ı oluşturmuştur. Teorinin bir diğer versiyonuna göre, Dünya'nın etrafında da bugün Satürn etrafında olduğu gibi bir halka oluşmuş olabilir - ki bunlar, daha sonradan bir araya gelerek Ay'ı oluşturmuştur.

Theia Hipotezini Destekleyen Kanıtlar

Theia Hipotezi'nin bu kadar yaygın olarak kabul görmesinin en önemli nedeni, bu hipotezden daha kapsamlı bir şekilde eldeki verilerin açıklanamıyor olmasıdır. Bu kanıtlar arasında şunlar bulunmaktadır:^[13]

• Dünya ve Ay'ın yörüngeleri benzer oryantasyonlara sahiptir.
• Ay örnekleri, Ay yüzeyinin bir zamanlar eriyik olduğunu göstermektedir.
• Ay'ın demir çekirdeği kısmen daha küçüktür.
• Ay'ın yoğunluğu Dünya'dan küçüktür.
• Güneş Sistemi içerisinde Theia-Dünya çarpışması benzeri çarpışmaların yaşandığını ve bunun sonucunda kalıntı disklerinin oluştuğunu gösteren diğer örnekler vardır.
• Güneş Sistemi'nin oluşumuyla ilgili en önde gelen teorilerde bu tür ön-gezegen çarpışmaları çok yaygındır.
• Ay ve Dünya'ya ait dengeli izotop oranları neredeyse birebir aynıdır - ki bu, ortak bir kökene işaret etmektedir.^[12]

Ne var ki bu hipotezi zora sokan bazı bulgular da mevcuttur:^[14] Örneğin böylesi bir çarpışma sonucunda Dünya'nın küresel ölçekte bir magma okyanusuna dönüşmesi beklenmektedir ve gerçekten de ağır metallerin dibe battığını gösteren bulgulara ulaşılmıştır.^[15] Ancak bugüne kadar geliştirilen modellerde böylesi bir çarpışma sonrasında tek bir uydunun oluştuğunu gösteren tekil bir model üretilememiştir; yani birbiriyle tutarlı olmayan birden fazla olasılık bulunmaktadır. Ayrıca Ay'ın neden uçucu elementlerini yitirdiği veya tıpkı Dünya gibi büyük çarpışmalara maruz kalan Venüs'ün neden Ay gibi bir uydusu olmadığı gibi sorular henüz cevaplanmış değildir.

Theia Hipotezi Yanlışlanabilir mi?

İnsan yapımı uydular, Ay'ın uzak (veya hatalı bir şekilde "karanlık" olarak bilinen) tarafına gidene kadar, bu teori yaygın bir şekilde kabul gördü; ama Ay'ın uzak tarafında yapılan bir keşif, bu teoriyi büyük bir karmaşanın içine attı: Ay'ın uzak tarafına giden uydular Ay'ın bir ikizi olabileceğine dair izler buldular.

1959’da Rus Sovyet uzay aracı Luna-3, Ay'ın uzak yüzüne uçtu ve ilk defa o tarafın fotoğraflarını çekti. Gönderilen fotoğrafları inceleyen bilim insanları, büyük bir şaşkınlık daha yaşadılar. Ay'ın uzak tarafı ile yakın tarafı, birbirinden tamamen farklı gözüküyordu. Kraterler, uzak yüzeyin neredeyse tamamını dolduruyordu. Bu, görünen yüzeyde olmayan bir şeydi.

Ve yeni keşfedilen bu yüzde hiçbir lav akıntısı izine rastlanmadı. Halbuki Ay'ın eski döneminde lavlar ile dolu olduğu biliniyordu. Bu, şu şekilde açıklandı: Ay'ın uzak tarafındaki kabuğu, yakın tarafındaki kabuğa göre daha kalındı ve lavlar bu kalınlık farkı yüzünden bir tarafta kolayca yüzeye çıkabilir iken diğer tarafta yüzeye çıkamamıştı. Ama neden yüzeyler arasında bu kadar büyük bir kabuk kalınlığı vardı?

NASA'nın son çalışmalarına göre, Ay'ın uzak tarafı gerçekten de Dünya'ya yakın tarafına göre 26 kilometre daha kalındır. Bu kalınlık farklılığı, çarpışma teorisiyle çok net bir şekilde açıklanamamaktadır.

Teknolojinin ilerlediği ve bilgisayar modellemelerinin bu kadar geliştiği bir dönemde, daha da olası bir açıklama geliştirildi: Theia, Dünya’ya çarptığında bir değil, iki uydu oluşturmuş olabilirdi. Bu ikili doğum olayı, kabuk farkının sebebini açıklayabilirdi.

Teoriye göre milyarlarca yıl önce gökyüzünde Küçük Ay ve Büyük Ay şeklinde iki Ay vardı. Küçük olan zamanla büyük olanın kütle çekim etkisi ile ona yaklaşmaya başladı ve en sonunda çarpışarak yavaşça eridiler ve birleştiler. Küçük Ay, büyük Ay’ın uzak tarafını kapladı. Yeni ve çok kalın bir kabuk oluşturdu. Bu çarpışmaya ait kanıtlar, birbirleri ile uyuşuyor gibi gözüküyor.