Mohl by obrovský dopad odpařit Zemi k vytvoření Měsíce?

V novém zvratu v obří teorii dopadů nová myšlenka předpokládá, že se Měsíc mohl vytvořit z odpařených zbytků Země po epické kolizi s jiným tělem velikosti planety.

Z celé doby a úsilí, které lidé vynaložili na pozorování a studium Měsíce, je o tom ještě mnoho věcí, o nichž stále nevíme, zejména pokud jde o to, jak se utvořila.

Většina planetárních vědců souhlasí s tím, že náš Měsíc byl vytvořen, když tělo velikosti planety zasáhlo Zemi poté, co se téměř úplně vytvořilo. Zdá se však, že nesouhlasí téměř se vším ostatním. Nyní skupina vědců přišla s myšlenkou, která upřednostňuje takzvanou teorii „velkého splata“: Pokud by obrovský dopad nejprve úplně zničil Zemi, mohl by se Měsíc z naší planety vypařit Zůstává.

Velký splat, velké problémy

Předloha objektu velikosti Mars, který se srazí na Zemi na počátku historie sluneční soustavy. Mnoho planetárních vědců věří, že takový dopad, jako je tento, odhazoval trosky, které nakonec tvořily Měsíc, ale scénář má své problémy.
Getty Images / Lynette Cook

Nejdelší teorie, vyvinutá v 70. letech 20. století, navrhuje, aby objekt s hmotou Marsu vydal na Zemi ohromující úder a vypustil velké množství horniny do oběžného kruhu, který se spojil a vytvořil Měsíc. Většina Měsíce by byla vyrobena z materiálu z nárazového pláště. Úhel nárazu dal systému Země-Měsíc jeho aktuální moment hybnosti.

Ale v průběhu let se objevily problémy s teorií. Za prvé, astronomové nenašli žádnou stopu chemického složení nárazového tělesa. Namísto toho měření izotopových poměrů různých prvků - například kyslíkových tří izotopů, 16 O, 17 O a 18 O - ukazují, že Měsíc a Země jsou vyrobeny ze stejných materiálů. To je zvláštní, protože všechna ostatní tělesa sluneční soustavy se známými izotopovými poměry mají své vlastní odlišné podpisy.

Vědci se pokusili vymyslet mechanismus, který by mohl maskovat podpis nárazového tělesa nebo jej smíchat s dostatečným množstvím zemského materiálu, aby se stali nerozeznatelnými. Existuje mnoho možných mechanismů: míchání během a po dopadu, energetičtější dopad, který mohl mít za následek, že více materiálu Měsíce pochází ze Země, nebo více dopadů spíše než jeden.

Nový příběh o původu Měsíce

V roce 2017 vědci Sarah Stewart (University of California, Davis) a její postgraduální student Simon Lock (Harvard University) šli o krok dále a navrhli radikálně nový přístup. Vyvinuli počítačové modely, které ukazují, že když se dva objekty s hmotou planety srazí, jedním z možných výsledků je to, že se stanou synestií, hromadou odpařených hornin a kovů, které získají tvar obří koblihy spojené s centrálním vydutím bohatým na kovy. Výklenek je přežívajícím jádrem planety. Je spojen s vnějším torusem vyrobeným převážně ze silikátových hornin, které se rychle točí a rozšiřují za měsíční oběžnou dráhu.

Struktura planety, planeta s diskem a synestie, všechny stejné hmotnosti.
Simon Lock a Sarah Stewart

Lock říká, že mnoho vědců má potíže pochopit, co je to synestie. "Mnoho lidí si myslí, že synestie je něco, co je spíše vrstvou na vrcholu planety, než přemýšlet o celé planetě, " říká Lock. "Planeta je synestie."

Synestie mohla působit jako konečný směšovač - nárazová tělesa a těleso, na které se narazilo, by dosáhlo téměř úplné chemické rovnováhy. Nyní Lock a Stewart společně s dalšími vědci studovali, jak by mohla vypadat pozemská synestie a jak dobře jejich model zapadá do některých klíčových pozorovatelných systémů systému Moon-Earth. Jejich výsledky byly zveřejněny online 28. února v časopise Journal of Geophysical Research .

V jejich modelu se Měsíc tvoří uvnitř oběžného jádra synestie. Když horninová pára vyzařuje teplo a ochlazuje se, začne kondenzovat na kapičky tekuté horniny. Kousky pevné horniny, vypuštěné na oběžnou dráhu nárazem, fungují jako semena, která shlukují kapičky a rostou v měsíčníky, které se nakonec spojí.

Nakonec se synestie snížila pod měsíční oběžnou dráhu a zanechala za sebou úplně formovaný, ale stále roztavený Měsíc.

Zemské synestie: klady a zápory

Klíčovým omezením jakéhokoli scénáře původu měsíce je vysvětlení, proč má Měsíc ve srovnání se Zemí tolik těkavých prvků, jako je kyslík a oxid uhličitý. Vědci odhadli, že torus synestie by dosáhl vysoké teploty a tlaku. Když se věci ochladí, nejsnadněji odpařitelné věci zůstávají v plynné fázi déle, takže se jich méně dostává do Měsíce.

Model synestie je také uvolněnější v tom, co vyžaduje od původního dopadu. Teorie Big Splat vyžadovala tělo s hmotou Marsu, které právě spásalo Zemi, téměř ji zmizelo, takže na orbitu bylo vypuštěno dost materiálu. Model synestie je flexibilnější: Dokud dopad nárazu uvolní energii potřebnou k vytvoření synestie, pracuje s širokou paletou velikostí a úhlů nárazového tělesa. V důsledku toho se zvyšuje pravděpodobnost, že k takovéto události, která se bude týkat Měsíce, by došlo na prvním místě.

Koncept tohoto umělce ukazuje horký, roztavený měsíc vycházející ze synestie, obří rotující koblihy z odpařené horniny, která se vytvořila, když se střetly objekty velikosti planety. Synestie se kondenzuje a vytváří Zemi. Ilustrace synestie je založena na vykreslení protoplanetárního disku umělcem NASA.
Sarah Stewartová

Takže pokud jsou události, které vytvářejí Měsíce, pravděpodobnější, proč nevidíme větší pozemské planety kolem pozemských planet? Naše velikost vzorku může být příliš malá, Zamknout odpovědi. "Možná budeme muset počkat, až budeme moci studovat exomoony, abychom věděli, jak jsou běžné velké měsíce, " říká Lock.

Dosud model synestie vyvolal smíšené reakce v řadách planetárních vědců. Někteří z nich to vítají jako potenciální opravu omezení obrovské teorie dopadů, ale jiní zůstávají skeptičtí.

"Mnoho z nás by chtělo přirozenější scénář, díky němuž bude více či méně nevyhnutelné, že Měsíc bude mít v podstatě stejné izotopové složení jako Země, " uvedl planetární vědec Jay Melosh během nedávného rozhovoru s Sky & Telescope .

V budoucnu tým plánuje další upřesnění některých aspektů modelu, které jsou v současné době špatně chápány. "V některých aspektech je to téměř důkazem koncepce, " říká Lock. Mezi jejich nejbližší cíle patří zlepšení porozumění složitým gravitačním interakcím mezi formujícím Měsícem a jeho okolím, jakož i specifika toho, jak odpařované a kapalné materiály interagují uvnitř chladicího torusu.