13. decembra 1972 se je astronavt Apolla 17 Garisson Schmitt približal balvanu v Morju spokojnosti na Luni. "Ta balvan ima svojo majhno pot, ki vodi naravnost v hrib," je sporočil svojemu poveljniku Eugeneu Cernanu, pri čemer je opozoril, kje je bil balvan, preden se je spuščal po hribu. Cernan je vzel nekaj vzorcev.
"Predstavljajte si, kako bi bilo, če bi stali tam, preden se je ta balvan valjal," je zamišljeno rekel Cernan. "Verjetno ne bi šel bolje," je odgovoril Schmitt.
Astronavti so iz balvana izklesali koščke lune. Nato je Schmitt s pomočjo grablje strgal prašno površino in dvignil kamenček, ki bi ga kasneje poimenovali troktolit 76536.
Ta skala in njeni brati balvani naj bi pripovedovali zgodbo, kako je nastala naša luna. V tej zgodbi o ustvarjanju, ki je bila v zadnjih štiridesetih letih zapisana v neštetih delih učbenikov in znanstvenih muzejev, se je Luna otopila iz katastrofalnega trka med zarodno zemljo in trdnim svetom velikosti Marsa. Drugi svet se je imenoval Teia, po grški boginji, ki je rodila Selene, luno. Theia je tako močno strmoglavila na Zemljo, da sta se oba sveta stopila. Potoki staljenega materiala, ki jih je Theia vrgla, so se nato ohladili in strdili, kar je tvorilo srebrnato sopotnico, ki jo vsi dobro poznamo.
Toda sodobne meritve troktolita 76536 in drugih kamnin z Lune in Marsa podvomijo v to teorijo. V zadnjih petih letih so številne študije odkrile težavo: hipoteza o kanoničnem velikanskem trčenju temelji na predpostavkah, ki se ne ujemajo z dokazi. Če je Theia udarila na Zemljo in kasneje oblikovala Luno, mora biti Luna izdelana iz Theijinega materiala. Toda Luna ni podobna Teji - ali Marsu. Do samih atomov je videti skoraj enako kot Zemlja.
Soočeni s to nedoslednostjo so lunarni raziskovalci iskali nove ideje, da bi razumeli, kako nastane luna. Najbolj očitna rešitev je morda najpreprostejša, vendar povzroča druge težave z razumevanjem mladega sončnega sistema: morda je Theia oblikovala Luno, toda Theia je bila tudi sestavina, ki je skoraj enaka zemlji. Postopek trčenja je pomešal vse, homogenizirajo posamezne koščke in tekočine v pogači, ki so jih nato razrezali na koščke. V tem primeru je moralo biti trčenje izredno močno ali pa jih je moralo biti več. Tretja razlaga dvomi v naše razumevanje planetov. Mogoče sta Zemlja in Luna, ki ju danes imamo, šli skozi čudne metamorfoze in divje orbitalne plese, ki so korenito spremenili vrtenje in prihodnost.
Promocijski video:
Slaba novica za Teio
Če želite razumeti, kaj bi se lahko zgodilo na najpomembnejši dan za Zemljo, morate začeti z razumevanjem mladosti sončnega sistema. Pred štirimi milijardami let je Sonce obkrožil vroč oblak naplavin v obliki krofov. Zvezdni elementi so se vrteli okoli našega novorojenega sonca, hlajenje in - z leti - združevanje v procesu, ki ga ne razumemo v celoti. Najprej v grudice, nato v planetesimalce, nato v planete. Te trdne snovi so bile toge in pogosto trčene, izparene in ponovno nastale. Na tem neverjetno trdnem zvezdnem biljardu sta bila kovana Zemlja in Luna.
Da bi dobili Luno, ki jo imamo danes, z njeno velikostjo, vrtenjem in hitrostjo, s katero se odmika od Zemlje, naši najboljši računalniški modeli pravijo, da mora biti, ne glede na to, kaj se Zemlja spopada, velikost Marsa. Vse več ali manj bi že ustvarilo sistem z veliko večjim kotnim zagonom, kot ga opazimo. Večji izstrelki bi tudi vrgli preveč železa v Zemljino orbito in proizvedli bi luno, veliko bogatejšo z železom, kot opažamo.
Prve geokemijske študije troktolita 76536 in drugih kamnin so podprle to zgodbo. Pokazali so, da so se lunarne skale morale roditi v luninem oceanskem magmu, ki bi se lahko pojavil iz velikanskega trka. Troktolit je plaval v staljenem morju kot ledena gora na Antarktiki. Na podlagi teh fizičnih omejitev so se znanstveniki odločili, da je Luna narejena iz Tejinih ostankov. Vendar obstaja težava.
Vrnimo se k mlademu osončju. Ko so trdni sveti trčili in izhlapevali, se je njihova vsebina mešala, sčasoma se je naselila v ločenih regijah. Bližje Soncu, kjer je bilo bolj vroče, so se lažji elementi lažje segrevali in pobegnili, kar je pustilo presežek težkih izotopov (različice elementov z dodatnimi nevtroni). Dlje od Sonca so skale lahko zadrževale več vode in ostali so lažji izotopi. Zato lahko znanstvenik preuči mešanico izotopov, da ugotovi, v katerem delu sončnega sistema se je pojavil, tako kot naglas izda domovino človeka.
Te razlike so tako izrazite, da jih uporabljamo za razvrščanje planetov in vrst meteoritov. Mars se tako na primer razlikuje od Zemlje, da je mogoče njegove meteorite prepoznati s preprosto meritvijo razmerja treh različnih izotopov kisika.
Leta 2001 so švicarski znanstveniki z uporabo naprednih tehnik masne spektrometrije ponovno preučili troktolit 76536 in druge vzorce lune. Izkazalo se je, da se njihovi izotopi za kisik ne razlikujejo od tistih na Zemlji. Geokemiki so odtlej preučevali titan, volfram, krom, rubidij, kalij in druge nenavadne kovine na Zemlji - in vsi so bili videti približno enako.
To je slaba novica za Teio. Če se Mars tako razlikuje od Zemlje, mora biti tudi Theia - in zato Luna - drugačna. Če sta enaka, pomeni, da bi luna morala nastati iz staljenih koščkov Zemlje. Izkazalo se je, da bodo kamnine, ki jih je zbral Apolon, v nasprotju s tem, kar fizika vztraja.
"Kanonični model je v resni krizi," pravi Sarah Stewart, planetarna znanstvenica na kalifornijski univerzi v Davisu. "Še ni bila popolnoma ubita, toda njen trenutni status je, da ne dela."
Luna para
Stewart je poskušal znova premisliti fizične omejitve tega problema - potrebo po telesu udarca posebne velikosti, ki se premika z določeno hitrostjo - na ozadju novih geokemičnih dokazov. Leta 2012 sta z Matijo Zhuk, ki je zdaj na inštitutu SETI, predlagala nov fizični model za oblikovanje lune. Izjavili so, da je bila mlada Zemlja vrtoglavi derviš, katerega dan je trajal dve do tri ure, ko ga je prizadela Theia. Trk je ustvaril disk okoli Zemlje - kot prstan Saturn -, vendar je to trajalo le 24 ur. Konec koncev se je disk ohladil in stril, da je oblikoval luno.
Superračunalniki niso dovolj močni, da bi popolnoma simulirali ta postopek, vendar so pokazali, da lahko projektil, ki se zaleti v tako hitro vrteč se svet, odtrga dovolj Zemlje, popolnoma uniči Theio in odstrani dovolj kože s obeh, da ustvari Luno in Zemljo z enakimi izotopskimi razmerji. Kot lončar na lončarskem kolesu.
Da bi bila razlaga Zemlje, ki se hitro vrti, pravilna, mora biti nekaj drugega upočasnjeno hitrost vrtenja planeta do sedanjega stanja. Stewart in Chuck sta v svojem prispevku iz leta 2012 trdila, da bi Zemlja morala za določene orbitalno-resonančne interakcije Zemljo prenesti kotni zagon na sonce. Kasneje je Jack Wisdom z Massachusettskega tehnološkega inštituta predlagal več alternativnih scenarijev za črpanje kotnega zagona iz sistema Zemlja-Luna.
Vendar nobena od razlag ni bila zadovoljiva. Modeli iz leta 2012 nikoli niso mogli razložiti Lunove orbite ali njene kemije, pravi Stewart. In tako je lani Simon Locke, študent s Harvarda in študent Stuart, takrat predstavil posodobljen model, ki je predlagal prej nevidno planetarno strukturo.
Po njegovem mnenju je vsak košček Zemlje in Teia izhlapeval in je nastal otekli, nabrekli oblak v obliki debelega krofa. Oblak se je vrtel tako hitro, da je dosegel točko, imenovano meja so-vrtenja. Na tem zunanjem robu oblaka je izhlapeta skala krožila tako hitro, da je oblak dobil novo strukturo, debel kolut je krožil po območju. Pomembno je, da disk ni bil ločen od osrednje regije tako, kot so Saturnovi prstani.
Pogoji v tej strukturi so nepopisno peklenski; namesto oblakov staljene kamnine ni površine, pri čemer vsako območje oblaka tvori dežne kaplje staljene kamnine. Lune so rasle znotraj tega hlapov, pravi Locke, preden se je par končno ohladil in pustil za seboj sistem Zemlja-Luna.
Glede na nenavadne značilnosti strukture sta Locke in Stewart začutila, da si zasluži novo ime. Poskusili so več različic, preden so prišli do "synesty", ki uporablja grško predpono "greh", kar pomeni "skupaj", in boginjo Hestijo, ki predstavlja dom, ognjišče in arhitekturo. Ta beseda pomeni "povezana struktura", pravi Stewart.
"Ta telesa niso tisto, kar misliš. In ne izgledajo tako, kot ste mislili."
Maja sta Locke in Stewart objavila prispevek o fiziki sinestezije; njihovo delo na lunarni sinesteziji še vedno čaka. Predstavili so jo na planetarni konferenci in povedali, da so njihovi kolegi zainteresirani, vendar se težko strinjajo z idejo. Morda zato, ker sintestičnost ostaja le ideja; za razliko od obročastih planetov, ki jih je veliko v osončju, in protoplanetarnih diskov, ki jih je veliko v vesolju, nihče še ni videl niti enega.
Je pa zabaven način razložiti posebnosti naše Lune, ko se zdi, da naši modeli ne delujejo.
Deset lun
Med naravnimi sateliti osončja je zemeljska luna morda najbolj osupljiva zaradi svoje osamljenosti. Merkur in Venera nimata naravnih satelitov, deloma tudi zaradi njihove bližine soncu, zaradi katerega gravitacijski učinek naredi orbite satelitov nestabilne. Mars ima drobne Phobos in Deimos, za katere nekateri verjamejo, da so jih ujeli asteroidi; drugi govorijo v prid velikim telesom, ki padejo na Mars. Plinski velikani imajo veliko satelitov, trdih in mehkih.
Za razliko od teh satelitov zemeljski satelit izstopa tudi po svoji velikosti in fizičnem stresu, ki ga nosi. Luna predstavlja manj kot 1% Zemlje po masi, skupna masa satelitov zunanjih planetov pa je manjša od 1/10 odstotkov njihovih staršev. Še pomembneje pa je, da Luna predstavlja 80% kotnega zagona zemeljskega sistema -
Luna. Z drugimi besedami, Luna je odgovorna za 80% gibanja sistema kot celote. Za zunanje planete je ta vrednost nižja od 1%.
Morda Luna ni ves čas nosila vsega tega bremena. Obraz satelita kaže dokaze o težkem bombnem napadu; zakaj bi torej domnevali, da je samo en udarec oblikoval Luno iz zemlje? Luna je morda nastala med številnimi trki, pravi Raluka Rufu, planetarni znanstvenik iz raziskovalnega inštituta Weizman v Izraelu.
V članku, objavljenem lansko zimo, je trdila, da Zemljin satelit morda ni izviren. Namesto tega je postala zbirka tisoč kosov - vsaj deset, na podlagi njenih izračunov. Izstrelki so leteli pod različnimi koti in z različno hitrostjo do Zemlje ter tvorili diske, ki so se združili v "naplavine lun", sčasoma pa so zaslepili luno, ki jo poznamo danes.
Planetarni znanstveniki so opazili njeno delo. Robin Canup, lunarni znanstvenik na jugozahodnem raziskovalnem inštitutu in strokovnjak za teorije oblikovanja lune, pravi, da je teorijo vredno razmisliti. Vendar je potrebnih več raziskav. Rufu ni prepričan, ali se je naplavin premikal v isto smer, tako kot je Luna nenehno gledala v isto smer. Če je odgovor da, kako bi se sploh lahko združili? To bomo še videli.
Medtem so se drugi obrnili na drugo razlago podobnosti med Zemljo in Luno, kar bi lahko imelo zelo preprost odgovor. Od sinestij do lunarnih pasov, novi modeli fizike - in nova fizika - so lahko sporni. Morda je Luna podobna Zemlji samo zato, ker je bila Teia podobna.
Enako
Luna ni edina "zemeljska" stvar v osončju. Kamnine kot troktolit 76536 imajo enako razmerje izotopov kisika kot zemeljske kamnine, kot tudi skupine asteroidov - enstatitni hondriti. Izotopi kisika teh asteroidov so podobni tistim na Zemlji, pravi Miriam Telus, kozmokemičarka, ki v Washingtonski ustanovi Carnegie preučuje meteorite. "Eden od argumentov je, da so nastali na vročih območjih diska, ki bi lahko bila bližje soncu," pravi. Morda so nastali v bližini Zemlje.
Nekatere od teh kamnin so se zbrale in so tvorile Zemljo; drugi so oblikovali Theio. Endtatitni hondriti so ostanki kamnin, ki se nikoli niso zbrali ali zrasli dovolj veliko, da bi lahko oblikovali plaste, jedra in popolnoma oblikovane planete.
Januarja je Nicholas Daufas, geofizik z univerze v Chicagu, izjavil, da so bili večinoma kamnine, ki so postale Zemlja, meteoriti enatatitskega tipa. Trdil je, da se bo vse, kar je nastalo v eni regiji, zbralo od njih. Planetarna gradnja je potekala z istimi mešanimi materiali, ki jih zdaj najdemo na Zemlji in Luni; izgledajo enako, ker so enaki. Velikansko telo, ki je tvorilo Luno, je verjetno imelo izotopsko sestavo, podobno kot Zemlja.
David Stevenson, kalifornijski planetarni inštitut s tehnološkega inštituta, ki je proučeval poreklo Lune, odkar je bila Theiajeva hipoteza prvič predstavljena leta 1974, pravi, da je to delo najpomembnejši prispevek k polemiki v zadnjem letu. Ker se osredotoča na problem, ki ga geohemiki poskušajo rešiti že desetletja.
"To je pametna zgodba o tem, kako je treba gledati različne elemente, ki pripeljejo na Zemljo," pravi Stevenson.
Vendar se vsi ne strinjajo. Še vedno ostajajo vprašanja o izotopskih razmerjih elementov, kot je volfram, ugotavlja Stewart. Volfram-182 izhaja iz hafnija-182, zato razmerje med volframom in hafnijem deluje kot ura, da se določi starost določene kamnine. Če ima ena kamnina več volframa-182 kot druga, lahko varno rečemo, da je kamnina, bogata z volframom, nastala prej. Toda najbolj natančne meritve kažejo, da so razmerja volframa in hafnija enaka za Zemljo in Luno. Dva telesa sta morala biti v posebnih pogojih, da se je to zgodilo.
Na osnovi gradiva Quanta
Ilya Khel