למרבית כוכבי-הלכת במערכת השמש יש ירחים, אך הירח שלנו הוא גוף מסתורי במיוחד - הוא לא רק מסיבי מאוד ביחס לכוכב-הלכת אותו הוא מקיף, כדור הארץ - הוא גם דומה לו כימית באופן מפתיע; הרכבה של מעטפת (mantle) הירח זהה להרכבה הכימי של מעטפת כדור הארץ, ודל יחסית בברזל. מהיכן הגיע גוף כה מסיבי לסביבת כדור הארץ? וחשוב יותר, מדוע הוא כה דומה לו? (אמ;לק: התיאוריה המובילה - גוף גדול פגע בכדור הארץ, התגבש, וממנו נוצר הירח שלנו).

לאורך השנים התחבטו מדענים ואנשי רוח בשאלת היווצרות הירח, כאשר שלושת ההשערות (היפותזות) המובילות שהועלו היו הלכידה [1] (capture), הביקוע [2] (fission) והפגיעה הגדולה (giant impact). השערת הלכידה גורסת שהירח נתפס בכוח המשיכה של כדור הארץ, אך אינה סבירה בשל הרכבו הכימי של הירח ובשל בשל התנאים הדינמיים הדרושים לקיומה. לפי השערת הביקוע, הכוח הצנטריפוגלי שהופעל כתוצאה מסיבובו העצמי המהיר של כדור הארץ גרם לכך שחתיכה ממנו נקרעה והתגבשה מאוחר יותר לכדי הירח המוכר לנו. אך אינה מקובלת על פי רוב בשל התנאים ההתחלתיים הדרושים לקיומה, שכן האצה פתאומית של סיבובו העצמי של כדור הארץ אינה סבירה גם היא.

ההשערה המקובלת מבין השלוש היא "הפגיעה הגדולה", שנהגתה, ככל הנראה, בשלהי שנות השבעים [3] וגובשה לכדי תיאוריה מדעית שלמה יותר כעשור מאוחר יותר [4]. לפי תיאוריה זו, מערכת השמש הקדומה הכילה שאריות רבות של אבק וגז בנוסף לגופים גדולים, פלנטיסימלים, שהתנגשו זה בזה מדי פעם.

אחד הפלנטיסימלים הללו, המכונה "תיאה", פגע בכדור הארץ הצעיר והחם וקרע ממנו חומר שהחל להסתחרר כדיסקה. עם התקררותה, התגבשו בדיסקה גופים בגדלים שונים, כשהגדולים ביניהם משכו והדביקו אליהם את הגופים הקטנים יותר בכוח הכבידה העצמי שלהם (תהליך זה נקרא גם "גדילה אוליגרכית").

בסוף התהליך נותר בדיסקה רק גוף גדול אחד, הירח שלנו. תיאוריה זו זכתה להצלחה ניכרת, אך נתקלה במשוכה גבוהה; דגימות קרקע שמקורן במשימות אפולו השונות ובמטאורים ירחיים הראו דמיון כמעט מוחלט בין הרכבו הכימי של כדור הארץ לזה של הירח; להיכן נעלמו שרידיה של תיאה?

פתרון לבעיה זו הוצע על-ידי אחד מהמדענים הפלנטריים הגדולים של המאה הקודמת, דייויד סטיבנסון [5][6]. סטיבנסון טען כי במהלך הפגיעה, הטמפרטורות הגבוהות (~אלפי מעלות) התיכו את תיאה וחלק מכדור הארץ לכדי אוקיינוס מאגמה. אוקיינוס זה התערבל והחליף חומר עם השכבות העליונות בכדור הארץ הקדום, כך שחלקים מתיאה הוטמעו בתוך מעטפת כדור הארץ, וחלקים מממעטפת כדור הארץ עורבבו בדיסקה שהרכיבה את הירח.

דיסקת המאגמה שהקיפה את כדור הארץ התערבלה גם היא (בתהליך הנקרא קונבקציה), והתקררה במהירות על ידי הקרנת האנרגיה לחלל. עם התקררות הדיסקה נוצר בה הירח המוכר לנו בתהליך שהוסבר לעיל. תיאוריה זו מסבירה את הרכבו הזהה של כדור הארץ לירח, ואת היעדרותם (כביכול) של שרידי תיאה. סימולציות מדוייקות יותר שנערכו בשנים האחרונות [7] נתנו תוקף לפתרון זה, ואף הראו שפגיעה קטנה בשלבי ההיווצרות המאוחרים של כדור הארץ יכולה ליצור ירח דל בברזל שיסודותיו הקלים מעורבבים היטב.

בימים אלו בוחנים חוקרים ישראלים [8] אפשרות חדשה לפיה הירח נוצר כתוצאה ממספר רב של פגיעות קטנות יותר. לפי השערה זו, פגעו גופים קטנים רבים בכדור-הארץ בזה אחר זה, בהפרשי זמנים קצרים יחסית. כל פגיעה קרעה חומר נוסף ממעטפת כדור הארץ ותרמה לערבוב טוב יותר של הדיסקה. בין פגיעה לפגיעה נוצרו ירחונים קטנים יותר בדיסקה, שהתנגשו אט אט זה בזה ליצירת הירח המוכר לנו כיום. יתכן כי בשיטה זו ניתן יהיה להסביר ערבוב של יסודות כבדים כמו טיטאניום, ואולי אף לחזות את מהירות הסיבוב הנוכחית של כדור הארץ ואת נטיית הציר שלו.

תמונה ראשית: National Oceanic and Atmospheric Administration

מקורות והרחבות:
[1] Origin of the Moon by capture and its consequences
[2] An origin of the Moon by rotational fission during formation of the Earth's core
[3] Satellite-Sized Planetesimals and Lunar Origin
[4] The origin of the moon and the single-impact hypothesis I
[5] SAO/NASA Astrophysics Data System (ADS)
[6] סטיבנסון
[7] Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation
[8] A MULTIPLE IMPACT HYPOTHESIS FOR MOON FORMATION