Měsíc se zrodil při srážce těla velikosti Mars a rané Země, ale mimo to, mnoho o světě, který vidíme každou noc na našich nebích, je stále záhadou. Po 61 misích, včetně šesti astronautských návštěv, které shromáždily vzorky měsíčních hornin, zůstává mnoho otázek, včetně toho, kolik měsíce je vyrobeno z pozůstatků ztracené planety a kolik bylo ukradeno ze Země? Odpověď na tyto otázky by mohla nabídnout nové poznatky o vývoji obou nebeských těl.
Související obsah
- Skartování mrtvého těla skalním tělem nabízí náhled osudu Země
- Země dělá uvnitř uvnitř teplý a měkký povrch
Nyní vědci ve Francii a Izraeli našli důkaz, že menší tělo, které se rozbilo na proto-Zemi, bylo pravděpodobně vyrobeno z podobných věcí jako náš domovský svět. Rovněž podle jejich počítačových modelů je současné složení lunárního materiálu nejlépe vysvětleno, pokud se v okolí utvořilo cokoli, co zasáhlo ranou Zemi. Dvě další studie naznačují, že obě těla poté vybudovala dýhu z dalšího materiálu, protože menší protoplanety pokračovaly v bombardování mladého systému, ale Země si tento pozdější povlak vyzvedla mnohem více.
Podle „obří hypotézy dopadu“ se měsíc vytvořil asi před 4, 5 miliardami let, když na naši planetu narazil planetový objekt asi desetina současné hmoty Země. Simulace a nedávné studie o měsíčních skalách naznačují, že Měsíc by měl být většinou vyroben ze zbytků impaktoru, přezdívaného Theia. To by vysvětlovalo, proč se zdá, že Měsíc je vyroben z materiálu, který vypadá podobně jako zemský plášť, jak je vidět ve vzorcích hornin a minerálních mapách.
Problém je v tom, že planety mají tendenci mít odlišné složení. Mars, Merkur a velké asteroidy, jako je Vesta, mají poněkud odlišné poměry různých prvků. Pokud by Theia byla vytvořena někde jinde ve sluneční soustavě, její složení by mělo být poněkud odlišné od Země a hromadné složení Měsíce by nemělo vypadat tak podobně jako plášť Země.
Alessandra Mastrobuono-Battisti a Hagai Perets z izraelského technologického institutu analyzovali data ze simulací 40 umělých solárních systémů, aby se pokusili vyřešit hádanku, přičemž spotřebovali více energie počítače, než bylo použito v předchozí práci. Model vyrostl ze známých planet a hypotetického počtu planetesimálů a pak je nechal ztratit ve hře kosmického kulečníku.
Simulace předpokládají, že planety narozené dále od Slunce mají tendenci mít vyšší relativní hojnost izotopů kyslíku na základě pozorované chemické směsi na Zemi, Měsíci a Marsu. To znamená, že všechny planetesimály, které se objevily v blízkosti Země, by měly mít podobné chemické stopy. „Pokud žijí ve stejném sousedství, budou vyrobeny ze zhruba stejného materiálu, “ říká Perets.
Tým zjistil, že hodně času - 20 až 40 procent - velké dopady zahrnovaly srážky mezi těly, která se tvořila v podobné vzdálenosti od Slunce a tak měla podobný makeup. Práce, která je popsána tento týden v Přírodě, zálohuje intuitivní myšlenku, že je méně pravděpodobné, že se do ní něco vejde a zasáhne vás z dálky, a jde o dlouhou cestu k vysvětlení hromadného složení měsíce.
Doposud tak dobrý, ale to nevysvětluje všechno. Stále existuje přetrvávající hádanka spojená s hojností prvku wolframu. Tento siderofilní neboli železem milující element by se měl v průběhu času klesat směrem k jádrům planet, takže jeho množství je v různých tělech mnohem variabilnější, i když se formovaly těsně vedle sebe. Je to proto, že těla různých velikostí vytvoří jádra různou rychlostí. I když by došlo k malému smíchání s dopadem, většina materiálu Theia z wolframu bohatého pláště by byla hodena na oběžné dráze a začleněna do Měsíce, takže množství wolframu na Zemi a Měsíci by mělo být velmi odlišné.
Ve dvou nezávislých studiích, které se objevily také v přírodě, zkoumali Thomas Kruijer na Münsterské univerzitě v Německu a Mathieu Touboul na Lyonské univerzitě ve Francii poměr dvou wolframových izotopů - wolframu-184 a wolframu-182 - v měsíčních horninách a na Zemi jako celek. Týmy hlásí, že měsíční horniny mají o něco více wolframu-182 než Země.
To je zajímavé, protože konkrétní izotop wolframu pochází z radioaktivního rozkladu izotopu prvku hafnia. Její poločas je krátký, pouze asi 9 milionů let. Takže zatímco wolfram milující železo má tendenci klesat směrem k jádru, izotop hafnia zůstává blíže k povrchu a postupem času se mění na wolfram-182. To ponechává nadbytek wolframu-182 v plášti planety oproti množství wolframu-184 a dalších přírodních izotopů.
Rozdíl mezi Zemí a Měsícem je relativně malý: dvě studie jej nacházejí na úrovni 20 až 27 dílů na milion. Ale i ten nepatrný posun by vyžadoval hodně chemického doladění, říká Kruijer, což znemožňuje, aby to byla jen náhoda. „Změna wolframu pouze o procento má dramatický účinek, “ říká. "Jediným řešením je, kdyby plášť proto-Země měl podobný obsah wolframu-182 jako Theia a jádro nárazového tělesa se přímo spojilo se Zemským."
To však není pravděpodobné. Zatímco většina jádra Theie, která je těžší než plášť, zůstane součástí Země, plášť se smíchá se Zemí, jak se dostane na oběžné dráze. S narůstajícím měsícem dochází k dalšímu míchání. Podíl materiálu Theia na jádru a plášti, který se promění v Měsíc, je náhodná náhoda, ale musel existovat alespoň nějaký materiál, říká Kruijer. Touboulův tým dospěl k podobnému závěru: Pokud by rozdíly v hojnosti wolframu byly způsobeny náhodným smícháním, protože Theiiny vnitřnosti se blížily k Zemi, planeta a Měsíc by měly být ještě více odlišné, než jsou.
Autoři tvrdí, že nejjednodušším řešením je hypotéza „pozdní dýhy“, která naznačuje, že Země a proto-měsíc začínají podobnými poměry izotopů wolframu. Země, která byla větší a masivnější, by po dopadu i nadále přitahovala další planetesimály a do pláště přidávala nový materiál. Dýha z těchto planetesimálů by měla více wolframu-184 ve srovnání s wolframem-182, zatímco měsíc by si udržel poměr, který pocházel z nárazu.
„Vypadá to jako solidní data, “ říká Fréderic Moynier, kosmochemik a astrofyzik v Institutu de Physique du Globe de Paris. „To odpovídá současné teorii pozdní dýhy, která je jednoduše založena na elementárním hojnosti siderofilních prvků (mezi nimi wolframu): v současném zemském plášti je prostě příliš mnoho siderofilních prvků (všechny by měly být v jádru) a proto musely být přivedeny na Zemi po vytvoření jádra vlivy meteoritu. “
Zůstává jedno tajemství: Aby proto-měsíc odpovídal poměru wolframu Země, musely Theia a Země začít s velmi podobným množstvím wolframu. Řešením této hádanky bude práce budoucích planetárních studií, ale alespoň prozatím začíná příběh lunárního původu vypadat trochu jasněji.
