Kdy a jak vznikl Měsíc?

Nové studie nabízejí kontrastní scénáře pro výrobu Měsíce. Jeden argumentuje pro jednu velkou ikonku brzy v historii sluneční soustavy; druhá představí řadu menších úderů, které časem vybudovaly Měsíc; a třetina naznačuje, že byla zapojena voda.

Vzhledem k tomu, že vzorky lunárních vzorků jsou v ruce, a díky síle moderních laboratorních analýz, byste si mysleli, že geochemici by nyní měli úplně přibít přesně, jak se Měsíc utvořil. Ale ne tak, ve skutečnosti stále existuje spousta debat o tom, jak se Země utvořila.

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 vytvořily Měsíc.
Lynette Cook / Getty Images

Tady je základní problém: asi před 30 lety, dynamici ukázali, že tělo zhruba z masy Marsu mohlo zasáhnout Zemi ohromující ránu a vypustit dostatek trosek na oběžné dráze, aby se shromáždily do objektu velikosti Měsíce. Prakticky ve všech těchto simulacích většina toho, co končí na Měsíci, pocházela spíše z impaktoru než ze Země.

Měsíční vzorky Apolla (a Luna), nemluvě o měsíčních meteoritech, však ukazují, že Měsíc a Země mají velmi podobné složení. Kromě jejich nedostatku železa a extrémního nedostatku vody odpovídají Měsíční horniny izotopové poměry Země pro geochemicky diagnostické prvky titan, vápník, křemík a (zejména) kyslík a wolfram. Tím se dynamisté v rohu opravdu zatlačí pouze ve vzácných případech, 1% nebo 2% času, jejich simulace vyprodukují Měsíc se Zemskou kompozicí. Je zde také problém jemného doladění dopadu, aby vznikl moment hybnosti současného systému Země-Měsíc.

Psal jsem o možných řešeních těchto hlavolamů (nebo je to „conundra“?) Sem a tady, ale nikdo nenapadne všechny políčka. Lze si představit, že obří nárazové těleso a proto-Země měly téměř identické složení - ale statisticky a intuitivně se to zdá nepravděpodobné.

Izraelští vědci Raluca Rufu, Oded Aharonson a Hagai Perets 9. ledna v časopisu Nature Geoscience tvrdí, že představa o jediném obrovském dopadu je nesprávná. Místo toho navrhují, aby Země snášela desítky menších (ale stále silných) dopadů s objektem v rozsahu od 1% do 10% jeho hmoty, z nichž každý vypustil trosky do oběžného disku. Prsteny se rychle srážely v měsíčníky a přílivové interakce s mladou většinou většinou roztavenou Zemí pak všechny vyhnaly ven. Časem se hromadili na Měsíci.

Podle simulací tří izraelských vědců se Měsíc mohl časem shromáždit z trosek 20 nebo více jednotlivých dopadů na Zemi.
Nature Geoscience / R. Rufu a kol.

Tento přístup poskytuje lunární kompozici, která je amalgámem mnoha kompozic, což zmírňuje nevýhodné izotopové omezení. Nejvíce podobné Zemi pocházely z téměř čelních srážek, které se vrtaly hluboko do pláště naší planety. Několik úderů, které se objevily pozdě v tomto procesu, mohlo vyladit úhlovou hybnost systému tak, aby odpovídala tomu, co nyní existuje.

Jak poznamenává Gareth Collins (Imperial College, Londýn) v doprovodné perspektivě Zprávy a pohledy, „dopady, které vytvářejí měsíční paprsky s nižší energií, by nechaly části Země nezraněné. Odlišné terestrické geochemické nádrže by proto mohly přežít formaci Měsíce.“ A vědci skutečně identifikovali části zemského pláště, které jsou kompozičními neshodami vůči zbytku naší planety.

Měsíc: pomalý nebo rychlý?

Postupné shromáždění, které představil izraelský tým, by trvalo dlouho, možná dokonce 100 milionů let - a to otevírá další aspekt debaty o formaci měsíce. Někteří planetární vědci skutečně tvrdili, většinou z geochemických důvodů, že Měsíc mohl vzniknout 150 až 200 milionů let po začátku sluneční soustavy. Jiní tvrdí, že se ukázalo mnohem dříve, během několika desítek milionů let.

Výzkumník Mélanie Barboni má před rozdrcením lunární vzorek, aby extrahoval zirkonová zrna jako ta ve vložce.
Mélanie Barboni / UCLA

Další nová analýza, publikovaná 11. ledna v Science Advances, tvrdí, že Měsíc se spěchal a většinou ztuhnul před 4, 51 miliardami let, nebo 60 miliónů let po narození sluneční soustavy. Důkazy, řekněme Mélanie Barboni (Kalifornská univerzita, Los Angeles) a šest kolegů, se nacházejí v osmi malých zrnkách minerálního zirkonu (ZrSiO 4 ), shromážděných astronauty Apolla 14, ve kterých našli stopy uranu, olova a hafnium používané pro izotopové věk.

Před několika lety jiná výzkumná skupina analyzovala stejná zrna a také přišla s raným věkem formace. Tento výsledek však měl vzhledem k použitým technikám velké nejistoty. Barboniho tým redidoval věk datování, pečlivě měřil izotopy olova, které vyplynuly z radioaktivního rozpadu uranu-235 a 238, a také zkoumal rozpad lutetia na hafnium. Nakonec vědci také korigovali expozici vzorků Měsíce kosmickým paprskům, což může ovlivnit izotopové poměry. Cítí, že výsledný věk 4, 51 miliard let má nejistotu nejvýše 10 milionů let - a že Měsíc může být ve skutečnosti starší.

Zřetelněji řečeno, zirkonová zrna Apolla 14 pravděpodobně krystalizovala z hlubokého lunárního magmatického oceánu (LMO), který existoval hned po setkání Měsíce. Stalo by se to, kdyby se Měsíc shromáždil jako bílé žhavé zbytky po jediném katastrofickém dopadu na Zemi - ale je méně pravděpodobné, že by desítky malých vychlazených měsíčních srážek koagulovaly do jediného celku.

Házení vody do problému

Jako by formace Jak a kdy z Měsíce nebyla dostatečně komplikovaná, třetí nová analýza tvrdí, že - i přes dnešní extrémní suchost - Měsíc pravděpodobně obsahoval při tvorbě hodně vody. Ve stejném vydání časopisu Nature Geoscience Yanhao Lin (Vrije Universiteit Amsterdam) a tři další popisují jejich experimentální pokusy napodobovat, jak se Měsíční magmatický oceán ztuhl. Minerály s nižší hustotou by se vznášely na vrchol a tvořily kůru.

Zjistí, že souprava minerálů nalezených v lunární kůře dnes - v kombinaci s její tloušťkou - tvrdí, že voda byla součástí směsi v koncentraci 270 až 1650 ppm. To se nemusí zdát jako moc - ale pokud bude prokázána pravda, bude to mít významné důsledky.

„Mokrý začátek Měsíce spojený se silnými podobnostmi mezi složením Měsíce a složením silikátové Země, “ uzavírá Linův tým, „naznačuje, že na Zemi byly v době Měsíce přítomny stejně vysoké koncentrace vody. Měsíční událost. “

Reference:

Raluca Rufu a kol. „Původ s více dopady na Měsíc.“ Nature Geoscience . 9. ledna 2017.

Gareth S. Collins. "Punch Combo nebo Knock-out Blow?" Příroda Geoscience . 9. ledna 2017.

Mélanie Barboni a kol. „Včasná formace měsíce 4, 51 miliardy let.“ Věda postupuje . 11. ledna 2017.

Yanhao Lin a kol. „Doklad o brzkém mokrém měsíci z experimentální krystalizace lunárního magmatického oceánu.“ Nature Geoscience . 9. ledna 2017.


Zamyslete se nad skutečným lunárním původem, zatímco držíte Měsíc ve svých rukou. Vyberte si ze standardní S&T Měsíční koule nebo naší topografické Měsíční koule.