13. decembra 1972 sa astronaut Apolla 17 Garisson Schmitt priblížil na Mesiac k balvanu v mori pokoja. "Tento balvan má vlastnú malú cestu vedúcu priamo do kopca," informoval svojho veliteľa Eugena Cernana a všimol si, kde sa balvan nachádzal, predtým ako sa valil z kopca. Cernan odobral niekoľko vzoriek.
„Predstav si, aké by to bolo, keby si tam stál skôr, ako sa tento balvan valí,“povedal Cernan zamyslene. „Pravdepodobne by som nerobil lepšie,“odpovedal Schmitt.
Astronauti vyrezali kúsky mesiaca z balvanu. Potom pomocou zhrabadla Schmitt zoškrabal prachový povrch a zdvihol kamienok, ktorý by sa neskôr nazýval troctolit 76536.
Táto skala a jej bratia z kameňa mali rozprávať príbeh o tom, ako sa stal náš mesiac. V tomto príbehu o stvorení, ktorý bol za posledných štyridsať rokov zaznamenaný v nespočetných učebniciach a vedeckých múzeách, bol Mesiac roztavený z katastrofálnej kolízie medzi zárodočnou Zemou a pevným svetom veľkosti Marsu. Druhý svet bol nazývaný Teia, po gréckej bohyni, ktorá porodila mesiac Selene. Theia narazila na Zem tak tvrdo, že sa oba svety roztavili. Prúdy roztaveného materiálu vyhodené Teiou sa potom ochladili a stuhli, čím vytvorili strieborného spoločníka, ktorého všetci dobre poznáme.
Moderné merania troctolitu 76536 a ďalších hornín z Mesiaca a Marsu však túto teóriu spochybnili. Za posledných päť rokov odhalili viaceré štúdie problém: hypotéza kanonickej obrie kolízie je založená na predpokladoch, ktoré sa nezhodujú s dôkazmi. Ak Theia zasiahla Zem a neskôr vytvorila Mesiac, Mesiac musí byť vyrobený z materiálu Theie. Mesiac však nie je ako Theia - ani Mars. Pokiaľ ide o samotné atómy, vyzerá takmer rovnako ako Zem.
Tvárou v tvár tejto nekonzistentnosti hľadali lunárny prieskumníci nové nápady, aby pochopili, ako sa mesiac stal. Najviditeľnejším riešením môže byť najjednoduchšie, ale to spôsobuje ďalšie problémy s porozumením mladej slnečnej sústavy: možno Theia vytvorila Mesiac, ale Theia tiež pozostávala z látky, ktorá je takmer rovnaká ako Zem. Alternatívne bol proces kolízie zmiešaný so všetkým, čo homogenizovalo jednotlivé kúsky a tekutiny v koláči, ktorý bol potom rozrezaný na časti. V tomto prípade musela byť zrážka extrémne silná, alebo muselo byť niekoľko z nich. Tretie vysvetlenie spochybňuje naše chápanie planét. Je možné, že Zem a Mesiac, ktorými sme dnes prešli, prešli zvláštnymi metamorfózami a divokými orbitálnymi tancami, ktoré radikálne zmenili ich rotáciu a budúcnosť.
Propagačné video:
Zlá správa pre Teiu
Aby ste pochopili, čo sa mohlo stať v najdôležitejší deň pre Zem, musíte začať pochopením mladosti slnečnej sústavy. Pred štyrmi a pol miliardami rokov bolo Slnko obklopené horúcim oblakom trosiek v tvare šišky. Hviezdne prvky sa točili okolo nášho novonarodeného slnka, ochladzovali a - v priebehu rokov - spájali sa do procesu, ktorému úplne nerozumieme. Najprv do zhlukov, potom do planetesimálov, potom do planét. Tieto pevné látky boli tuhé a často sa zrážali, odparovali a znova objavili. Zem a Mesiac boli kované v tomto neuveriteľne tvrdom biliarde.
Aby sme dostali Mesiac, aký máme dnes, s jeho veľkosťou, rotáciou a rýchlosťou, ktorou sa pohybuje od Zeme, naše najlepšie počítačové modely hovoria, že nech sa Zem zráža, musí to byť veľkosť Marsu. Čokoľvek viac alebo menej by už vytvorilo systém s oveľa väčším uhlovým momentom, ako pozorujeme. Väčší projektil by tiež hodil priveľa železa na obežnú dráhu Zeme a vytvoril mesiac oveľa bohatší na železo, ako pozorujeme.
Prvé geochemické štúdie troctolitu 76536 a ďalších hornín podporili tento príbeh. Ukázali, že lunárne horniny sa museli narodiť v lunárnom oceáne magmy, ktorý by sa zase mohol objaviť z obrovskej kolízie. Troctolit sa vznášal v roztavenom mori ako ľadovec v Antarktíde. Na základe týchto fyzických obmedzení sa vedci rozhodli, že Mesiac bol vyrobený z pozostatkov Teie. Je tu však problém.
Vráťme sa k mladej slnečnej sústave. Keď sa pevné svety zrazili a odparili, ich obsah sa zmiešal, prípadne sa usadil v samostatných oblastiach. Bližšie k Slnku, kde bolo horúco, ľahšie prvky sa častejšie zohrievali a unikali, takže zostali prebytok ťažkých izotopov (variácie prvkov s extra neutrónmi). Ďalej od Slnka boli horniny schopné zadržať viac vody a zostali ľahšie izotopy. Preto vedec môže skúmať zmes izotopov, aby určil, v ktorej časti slnečnej sústavy sa objavil, rovnako ako prízvuk prezrádza domovskú krajinu.
Tieto rozdiely sú také výrazné, že sa používajú na klasifikáciu planét a typov meteoritov. Napríklad Mars je taký odlišný od Zeme, že jeho meteority je možné identifikovať jednoduchým meraním pomeru troch rôznych izotopov kyslíka.
V roku 2001 švajčiarski vedci pomocou pokročilých techník hmotnostnej spektrometrie opätovne preskúmali troctolit 76536 a ďalšie lunárne vzorky. Ukázalo sa, že ich izotopy kyslíka sú nerozoznateľné od tých na Zemi. Geochemici odvtedy študovali na Zemi titán, volfrám, chróm, rubídium, draslík a iné neobvyklé kovy - všetky vyzerali skoro rovnako.
To je zlá správa pre Teiu. Ak sa Mars tak líši od Zeme, musí sa líšiť aj Theia - a teda aj Mesiac. Ak sú rovnaké, znamená to, že mesiac sa mal tvoriť z roztavených kúskov Zeme. Horniny zhromaždené Apollom sa ukážu priamo v rozpore s tým, čo trvá na fyzike.
„Kanonický model je vo vážnej kríze,“hovorí Sarah Stewart, planetárna vedkyňa na Kalifornskej univerzite v Davise. „Zatiaľ nebola úplne zabitá, ale jej súčasný stav je, že nepracuje.“
Mesiac pary
Stewart sa pokúsil na pozadí nových geochemických dôkazov prehodnotiť fyzické obmedzenia tohto problému - potrebu špecifického tela dopadového telesa, ktoré sa pohybuje špecifickou rýchlosťou. V roku 2012 ona a Matiya Zhuk, teraz v inštitúte SETI, navrhli nový fyzikálny model na vytvorenie mesiaca. Uviedli, že mladá Zem bola krútiaca derviš, ktorej deň trval dve až tri hodiny, keď ju zasiahla Theia. Kolízia vytvorila disk okolo Zeme - ako prsteň Saturn - ale to trvalo iba 24 hodín. Disk sa nakoniec ochladil a stuhol, aby vytvoril mesiac.
Superpočítače nie sú dostatočne silné na to, aby tento proces plne simulovali, ale preukázali, že projektil, ktorý narazil do tak rýchlo sa točiaceho sa sveta, môže dostatočne strihať Zem, úplne zničiť Teiu a zoškrabať dostatok kože z oboch, aby vytvorili Mesiac a Zem s rovnakými izotopickými pomermi. Ako hrnčiar na hrnčiarskom kruhu.
Aby bolo možné rýchlo rotujúce vysvetlenie Zeme správne, musí existovať niečo, čo spomaľuje rýchlosť rotácie planéty na jej súčasný stav. Stewart a Chuck vo svojom dokumente z roku 2012 tvrdili, že pre určité interakcie orbitálnej rezonancie by Zem mala preniesť moment hybnosti na slnko. Neskôr Jack Wisdom z Massachusettsovho technologického inštitútu navrhol niekoľko alternatívnych scenárov na extrahovanie momentu hybnosti zo systému Zem-Mesiac.
Žiadne z vysvetlení však nebolo uspokojivé. Modely z roku 2012 nikdy nedokázali vysvetliť obežnú dráhu Mesiaca alebo jeho chémiu, hovorí Stewart. Minulý rok Simon Locke, v tom čase absolvent Harvardu a Stuart, predstavil aktualizovaný model, ktorý navrhoval predtým neviditeľnú planetárnu štruktúru.
Podľa jeho názoru sa každý kúsok Zeme a Teie odparil a vytvoril opuchnutý, opuchnutý oblak vo forme hustého šišky. Mrak rotoval tak rýchlo, že dosiahol bod nazývaný limit rotácie. Na tomto vonkajšom okraji oblaku vyparená hornina obiehala tak rýchlo, že oblačnosť nadobudla novú štruktúru, s vnútorným regiónom hrubý disk. Dôležité je, že disk nebol oddelený od centrálnej oblasti rovnakým spôsobom ako Saturnove prstene.
Podmienky v tejto štruktúre sú nepopísateľne pekelné; nie je tam žiadny povrch, namiesto oblakov roztavenej horniny, s každou oblasťou oblaku vytvárajúcou dažďové kvapky roztavenej horniny. Locke hovorí, že v tejto pare rástli mesiace predtým, ako sa para nakoniec ochladila a zanechala systém Zem-Mesiac.
Vzhľadom na nezvyčajné vlastnosti štruktúry Locke a Stewart cítili, že si zaslúžia nové meno. Skúšali niekoľko verzií, než dospeli k „synestii“, ktorá používa grécku predponu „hriech“, čo znamená „spolu“, a bohyňu Hestia, ktorá predstavuje domov, krbu a architektúru. Toto slovo znamená „prepojená štruktúra“, hovorí Stewart.
„Tieto telá nie sú také, ako si myslíte. A nevyzerajú tak, ako si myslíte, že budú vyzerať. ““
V máji vydali Locke a Stewart dokument o fyzike synestézie; ich práca na lunárnej synestézii stále čaká. Prezentovali to na planetárnej konferencii a uviedli, že ich kolegovia majú záujem, ale s myšlienkou sotva súhlasia. Možno preto, že syntax zostáva iba nápadom; na rozdiel od prstencových planét, ktoré sú mnohými v slnečnej sústave, a protoplanetárnych diskov, ktoré sú mnohými vo vesmíre, nikto nikdy nevidel jedinú.
Je to však zábavný spôsob, ako vysvetliť zvláštnosti nášho mesiaca, keď sa zdá, že naše modely nefungujú.
Desať mesiacov
Medzi prírodnými satelitmi slnečnej sústavy môže byť zemský mesiac najúžasnejší z dôvodu jeho osamelosti. Ortuť a Venuša nemajú prírodné satelity, čiastočne kvôli ich blízkosti k slnku, ktorého gravitačný účinok spôsobuje nestabilitu obežných dráh satelitov. Mars má drobných Phobos a Deimos, o ktorých sa niektorí domnievajú, že ich zajali asteroidy; iní hovoria v prospech veľkých telies padajúcich na Mars. Plynoví obri majú veľa satelitov, tvrdých aj mäkkých.
Na rozdiel od týchto satelitov sa pozemský satelit vyznačuje aj veľkosťou a fyzickým stresom, ktorý so sebou nesie. Mesiac tvorí podľa hmotnosti menej ako 1% Zeme a celková hmotnosť satelitov vonkajších planét je menšia ako 1/10 percenta ich rodičov. Dôležitejšie je, že Mesiac predstavuje 80% hybnej sily systému Zeme -
Moon. Inými slovami, Mesiac je zodpovedný za 80% pohybu systému ako celku. Pre vonkajšie planéty je táto hodnota menšia ako 1%.
Možno Luna nie vždy niesla všetky tieto bremená. Tvár satelitu ukazuje dôkazy o silnom bombardovaní; prečo by sme teda mali vychádzať z toho, že Mesiac zo Zeme formoval iba jeden úder? Podľa Raluka Rufu, planetárneho vedca vo Výskumnom ústave Weizman v Izraeli, sa mesiac mohol vytvoriť v priebehu mnohých zrážok.
V novine uverejnenej minulú zimu tvrdila, že pozemský satelit nemusí byť originálny. Namiesto toho sa na základe jej výpočtov stala zbierka tisícov kusov - najmenej desať. Projektily lietali v rôznych uhloch a rôznych rýchlostiach k Zemi a tvorili disky, ktoré sa zlúčili do „troskových mesiacov“a nakoniec oslepili mesiac, ktorý poznáme dnes.
Planetárni vedci zaznamenali jej prácu. Robin Canup, lunárny vedec z Juhozápadného výskumného ústavu a odborník na teórie lunárneho formovania, tvrdí, že teória stojí za zváženie. Je však potrebný ďalší výskum. Rufu si nie je istý, či sa trosky pohybovali rovnakým smerom, rovnako ako Mesiac neustále pozerá rovnakým smerom. Ak áno, ako by sa vôbec mohli zlúčiť? To sa ešte len uvidí.
Medzitým sa iní obrátili na ďalšie vysvetlenie podobností medzi Zemou a Mesiacom, ktoré by mohli mať veľmi jednoduchú odpoveď. Od synestrií po lunárne pásy môžu byť nové fyzikálne modely - a nové fyziky - kontroverzné. Možno, že Mesiac je podobný Zemi iba preto, že Theia bola podobná.
rovnaký
Mesiac nie je jedinou „pozemskou“vecou v slnečnej sústave. Horniny ako troctolit 76536 majú rovnaký pomer izotopov kyslíka ako suchozemské horniny, ako aj skupiny asteroidov - enstatitové chondrity. Kyslíkové izotopy týchto asteroidov sú podobné tým na Zemi, hovorí Miriam Telus, kozmochemik, ktorý študuje meteority na Carnegieho inštitúcii vo Washingtone. "Jedným z argumentov je, že sa vytvorili v horúcich oblastiach disku, ktoré by mohli byť bližšie k slnku," hovorí. Možno sa vytvorili blízko Zeme.
Niektoré z týchto hornín sa spojili a vytvorili Zem. iní vytvorili Theiu. Enstatitové chondrity sú zvyškové horniny, ktoré sa nikdy nezhromaždili ani nevyrastali dostatočne veľké na to, aby vytvorili plášte, jadrá a úplne formované planéty.
V januári Nicholas Daufas, geofyzik na Chicagskej univerzite, uviedol, že väčšina hornín, ktoré sa stali Zemou, boli meteority typu enstatitu. Tvrdil, že všetko, čo sa vytvorilo v jednom regióne, by sa z nich získalo. Konštrukcia planéty sa uskutočnila s použitím rovnakých zmiešaných materiálov, aké teraz nachádzame na Zemi a na Mesiaci; vyzerajú rovnako, pretože sú rovnaké. Obrovské telo, ktoré tvorilo Mesiac, pravdepodobne malo izotopové zloženie podobné zloženiu Zeme.
David Stevenson, kalifornský technologický planetárny vedec, ktorý študoval pôvod Mesiaca od doby, kedy bola Teiova hypotéza prvýkrát predstavená v roku 1974, hovorí, že túto prácu považuje za najdôležitejší príspevok k kontroverzii za posledný rok. Pretože sa zameriava na problém, ktorý sa geochemici snažia vyriešiť už desaťročia.
„Toto je šikovný príbeh o tom, ako by sa mali pozerať na rôzne prvky, vďaka ktorým je na Zemi,“hovorí Stevenson.
Ale nie všetci súhlasia. Zostávajú otázky o izotopových pomeroch prvkov ako volfrám, Stewartove poznámky. Volfrám-182 je odvodený z hafnia-182, takže pomer volfrámu k hafniu funguje ako hodiny na určenie veku konkrétnej horniny. Ak má jedna hornina viac volfrámu-182 ako druhá, môžete bezpečne povedať, že hornina bohatá na volfrám sa vytvorila skôr. Najpresnejšie merania však ukazujú, že pomery volfrámu k hafniu sú rovnaké pre Zem a Mesiac. Aby sa tak stalo, museli byť dve telá v osobitných podmienkach.
Na základe materiálov od spoločnosti Quanta
Ilja Khel