13. prosince 1972, astronaut Apolla 17 Garisson Schmitt přistoupil k balvanu v moři klidu na Měsíci. "Tento balvan má svou vlastní malou cestu vedoucí přímo do kopce," informoval svého velitele Eugene Cernana a všiml si, kde byl balvan, než se sjede z kopce. Cernan odebral několik vzorků.
„Představ si, jaké by to bylo, kdybys tam stál před válcováním balvanu,“řekl Cernan zamyšleně. „Asi bych to neudělal lépe,“odpověděl Schmitt.
Astronauti vyřezali z balvanu kousky měsíce. Potom pomocí shrnovače Schmitt oškrábal zaprášený povrch a zvedl oblázek, který by se později nazýval troctolit 76536.
Ta skála a její balvanští bratři měli vyprávět příběh o tom, jak se stal náš měsíc. V tomto příběhu o stvoření, zaznamenaném v nesčetných učebnicích a výstavách vědeckého muzea za posledních čtyřicet let, byl Měsíc rozpuštěn z katastrofické kolize mezi zárodky a pevným světem velikosti Marsu. Druhý svět se jmenoval Teia, po řecké bohyni, která porodila Selene, měsíc. Theia narazila na Zemi tak tvrdě, že se oba světy roztavily. Proudy roztaveného materiálu, které Theia vyhodila, se poté ochladily a ztuhly, čímž vytvořily stříbřitou společnici, kterou všichni dobře známe.
Moderní teorie troctolitů 76536 a dalších hornin z Měsíce a Marsu však tuto teorii zpochybnily. Během posledních pěti let odhalilo několik studií problém: hypotéza kanonické obří kolize je založena na předpokladech, které neodpovídají důkazům. Pokud Theia zasáhla Zemi a později vytvořila Měsíc, musí být Měsíc vyroben z Theinova materiálu. Měsíc ale není jako Theia - nebo Mars. Na samotné atomy to vypadá téměř stejně jako na Zemi.
Tváří v tvář této nekonzistentnosti hledali lunární průzkumníci nové nápady, aby pochopili, jak se měsíc stal. Nejviditelnějším řešením může být nejjednodušší, ale to vede k dalším problémům s porozuměním mladé sluneční soustavě: možná Theia vytvořila Měsíc, ale Theia také sestávala z látky, která je téměř totožná se zemí. Alternativně kolizní proces smíchal všechno, homogenizoval jednotlivé kusy a kapaliny v koláči, který se pak rozdělil na porce. V tomto případě musela být srážka extrémně silná, nebo jich muselo být několik. Třetí vysvětlení zpochybňuje naše porozumění planetám. Je možné, že Země a Měsíc, které jsme dnes prošli, prošli podivnými proměnami a divokými orbitálními tance, které radikálně změnily jejich rotaci a budoucnost.
Propagační video:
Špatná zpráva pro Teii
Abyste pochopili, co se mohlo stát v nejdůležitější den Země, musíte začít pochopením mládí sluneční soustavy. Před čtyřmi a půl miliardami let bylo Slunce obklopeno horkým oblakem trosek ve tvaru koblihy. Hvězdné prvky se točily kolem našeho novorozeného slunce, ochladily se a - v průběhu let - se spojily do procesu, kterému plně nerozumíme. Nejprve do shluků, pak do planetesimálů, pak do planet. Tyto pevné látky byly rigidní a často se srážely, odpařovaly a znovu objevily. Právě v tomto neuvěřitelně tvrdém hvězdném kulečníku byla Země a Měsíc kovaná.
Abychom získali Měsíc, který máme dnes, s jeho velikostí, rotací a rychlostí, jakou se pohybuje od Země, naše nejlepší počítačové modely říkají, že ať se Země s jakoukoli kolizí srazí, musí to být něco o velikosti Marsu. Cokoli víceméně by již vytvořilo systém s mnohem větším momentem hybnosti, než jaký pozorujeme. Větší projektil by také hodil příliš mnoho železa na orbitu Země a vytvořil měsíc mnohem bohatší na železo, než pozorujeme.
První geochemické studie troctolitu 76536 a dalších hornin tento příběh podpořily. Ukázali, že lunární horniny se musely narodit v lunárním oceánu magmatu, který se zase může objevit z obří kolize. Troctolit se vznášel v roztaveném moři jako ledovec v Antarktidě. Na základě těchto fyzických omezení se vědci rozhodli, že Měsíc pochází z ostatků Theie. Ale je tu problém.
Vraťme se k mladé sluneční soustavě. Když se pevné světy srazily a odpařily, jejich obsah se smísil a nakonec se usadil v oddělených oblastech. Blíže ke Slunci, kde bylo teplejší, se lehčí prvky s větší pravděpodobností zahřívaly a unikaly, takže zůstaly nadbytek těžkých izotopů (variace prvků s extra neutrony). Daleko od Slunce byly horniny schopny zadržet více vody a zůstaly lehčí izotopy. Vědec proto může zkoumat směs izotopů, aby určil, ve které části sluneční soustavy se objevil, stejně jako přízvuk zradí domovinu člověka.
Tyto rozdíly jsou tak výrazné, že se používají ke klasifikaci planet a typů meteoritů. Například Mars je tak odlišný od Země, že jeho meteority lze identifikovat pouhým změřením poměru tří různých izotopů kyslíku.
V roce 2001 švýcarští vědci pomocí pokročilých technik hmotnostní spektrometrie znovu vyšetřili troctolit 76536 a další lunární vzorky. Ukázalo se, že jejich izotopy kyslíku jsou nerozeznatelné od těch na Zemi. Geochemisté od té doby studovali na Zemi titan, wolfram, chrom, rubidium, draslík a další neobvyklé kovy - a všichni vypadali skoro stejně.
To je pro Teiu špatná zpráva. Pokud se Mars tak liší od Země, musí se také Theia - a tedy i Měsíc - lišit. Pokud jsou stejné, znamená to, že Měsíc měl vzniknout z roztavených kusů Země. Skály shromážděné Apollem, jak se ukázalo, budou přímo v rozporu s tím, co fyzika trvá.
„Kanonický model je ve vážné krizi,“říká Sarah Stewartová, planetární vědkyně na University of California v Davisu. "Ještě nebyla úplně zabita, ale její současný stav je, že nepracuje."
Měsíc páry
Stewart se pokusil přehodnotit fyzické omezení tohoto problému - potřebu specifické velikosti těla dopadu, které se pohybuje specifickou rychlostí - na pozadí nových geochemických důkazů. V roce 2012 ona a Matiya Zhuk, nyní v institutu SETI, navrhli nový fyzický model pro vytvoření měsíce. Řekli, že mladá Země je spřádaná derviš, jejíž den trval dvě až tři hodiny, když ji zasáhla Theia. Kolize vytvořila disk kolem Země - jako prsten Saturn - ale to trvalo jen 24 hodin. Disk se nakonec ochladil a ztuhnul, aby vytvořil měsíc.
Superpočítače nejsou dostatečně silné, aby tento proces plně simulovaly, ale ukázaly, že projektil, který narazil do tak rychle se točícího světa, může stříhat dost Země, úplně zničit Teii a odškrábat dostatek kůže z obou, aby vytvořil Měsíc a Zemi se stejnými izotopickými poměry. Jako hrnčíř na hrnčířském kruhu.
Aby bylo vysvětlení rychle rotující Země správné, musí existovat něco, co zpomaluje rychlost rotace planety až do současného stavu. Ve svém příspěvku z roku 2012 Stewart a Chuck argumentovali, že pro určité interakce orbitální rezonance by Země měla převést hybnost na slunce. Později Jack Wisdom z Massachusetts Institute of Technology navrhl několik alternativních scénářů pro extrahování momentu hybnosti ze systému Země-Měsíc.
Žádné z vysvětlení však nebylo uspokojivé. Modely roku 2012 nikdy nedokázaly vysvětlit měsíční orbitu nebo chemii, říká Stewart. V loňském roce Simon Locke, tehdejší Harvardský absolvent a Stuartův student, představil aktualizovaný model, který navrhoval dříve neviditelnou planetární strukturu.
Podle jeho názoru se každý kousek Země a Teie odpařil a vytvořil nafouklý, oteklý mrak ve formě husté koblihy. Mrak rotoval tak rychle, že dosáhl bodu zvaného limit rotace. Na tomto vnějším okraji oblačnosti vypařená hornina kroužila tak rychle, že mrak přijal novou strukturu, přičemž vnitřní oblast obklopoval tlustý disk. Důležité je, že disk nebyl oddělen od centrální oblasti stejným způsobem jako Saturnovy prsteny.
Podmínky v této struktuře jsou nepopsatelně pekelné; neexistuje žádný povrch, namísto mraky roztavené horniny, s každou oblastí mraku vytvářející dešťové kapky roztavené horniny. Měsíce rostly uvnitř této páry, říká Locke, než se pára konečně ochladila a zanechala systém Země-Měsíc.
Vzhledem k neobvyklým vlastnostem struktury Locke a Stewart cítili, že si zaslouží nové jméno. Vyzkoušeli několik verzí, než dospěli k „synestrii“, která používá řeckou předponu „hřích“, což znamená „spolu“, a bohyni Hestia, která představuje domov, krbu a architekturu. Toto slovo znamená „propojená struktura“, říká Stewart.
"Tato těla nejsou tím, co si myslíte." A nevypadají tak, jak jste si mysleli, že vypadají. “
V květnu publikovali Locke a Stewart referát o fyzice synestézie; jejich práce na lunární synestezii stále čekají. Prezentovali to na planetární konferenci a uvedli, že se jejich kolegové zajímají, ale s myšlenkou sotva souhlasí. Možná proto, že synchronnost zůstává pouhým nápadem; na rozdíl od prstencových planet, které jsou mnohé ve sluneční soustavě, a protoplanetárních disků, které jsou ve vesmíru mnoho, nikdo nikdy neviděl ani jednu.
Ale je to zábavný způsob, jak vysvětlit zvláštnosti našeho Měsíce, když se zdá, že naše modely nefungují.
Deset měsíců
Mezi přírodními satelity sluneční soustavy může být měsíc Země nejúžasnější díky své osamělosti. Rtuť a Venuše nemají přirozené satelity, částečně kvůli jejich blízkosti ke slunci, jehož gravitační účinek způsobuje nestabilitu orbity satelitů. Mars má drobné Phobos a Deimos, o nichž se někteří domnívají, že jsou zajati asteroidy; jiní mluví ve prospěch toho, že velká těla padají na Mars. Plynoví obři mají mnoho satelitů, tvrdých i měkkých.
Na rozdíl od těchto satelitů, pozemský satelit také vyniká svou velikostí a fyzickým stresem, který nese. Měsíc tvoří podle hmotnosti méně než 1% Země a celková hmotnost satelitů vnějších planet je menší než 1/10 procenta jejich rodičů. Ještě důležitější je, že Měsíc představuje 80% úhlové hybnosti systému Země -
Měsíc. Jinými slovy, Měsíc je zodpovědný za 80% pohybu systému jako celku. U vnějších planet je tato hodnota menší než 1%.
Možná Luna ne vždy nesla veškeré toto břemeno. Tvář satelitu ukazuje známky bombardování; proč bychom tedy měli předpokládat, že pouze jeden úder vytvořil měsíc ze Země? Podle Raluky Rufu, planetárního vědce ve Výzkumném ústavu Weizman v Izraeli, se Měsíc možná vytvořil během mnoha kolizí.
V příspěvku zveřejněném minulou zimu tvrdila, že pozemský satelit nemusí být originální. Místo toho se stala sbírkou tisíců kusů - nejméně deset, na základě jejích výpočtů. Střely létaly pod různými úhly a různými rychlostmi k Zemi a tvořily disky, které se sloučily do „trosky měsíců“a nakonec oslepily měsíc, který dnes známe.
Planetární vědci zaznamenali její práci. Robin Canup, lunární vědec z Jihozápadního výzkumného ústavu a odborník na teorie lunární formace, říká, že tato teorie stojí za zvážení. Je však zapotřebí dalšího výzkumu. Rufu si není jistý, zda se trosky pohybovaly stejným směrem, stejně jako měsíc neustále hledá stejný směr. Pokud ano, jak by se vůbec mohli sloučit? To ještě zbývá vidět.
Mezitím se jiní obrátili na jiné vysvětlení podobností mezi Zemí a Měsícem, což by mohlo mít velmi jednoduchou odpověď. Od synestrií po lunární pásy mohou být nové fyzikální modely - a nová fyzika - kontroverzní. Možná, že Měsíc je podobný Zemi jen proto, že Theia byla podobná.
Stejný
Měsíc není jedinou „pozemskou“věcí ve sluneční soustavě. Horniny jako troctolit 76536 mají stejný poměr izotopů kyslíku jako terestrické horniny, stejně jako skupiny asteroidů - enstatitové chondrity. Kyslíkové izotopy těchto asteroidů jsou podobné těm na Zemi, říká Miriam Telus, kosmochemik, který studuje meteority na Carnegie Institution ve Washingtonu. "Jedním z argumentů je, že se vytvořily v horkých oblastech disku, které by mohly být blíže ke slunci," říká. Možná se utvořili poblíž Země.
Některé z těchto hornin se spojily a vytvořily Zemi; jiní tvořili Theii. Enstatitové chondrity jsou zbytkové horniny, které nikdy nebyly shromážděny nebo dostatečně velké, aby vytvořily pláště, jádra a plně formované planety.
V lednu Nicholas Daufas, geofyzik na Chicagské univerzitě, uvedl, že většina hornin, které se staly Zemí, byly meteority typu enstatitu. Tvrdil, že všechno, co se vytvořilo v jednom regionu, by se z nich shromáždilo. Planetární konstrukce proběhla za použití stejných směsných materiálů, jaké nyní najdeme na Zemi a na Měsíci; vypadají stejně, protože jsou stejné. Obří tělo, které tvořilo Měsíc, mělo pravděpodobně izotopické složení podobné tomu na Zemi.
David Stevenson, kalifornský technologický planetární vědec, který studoval původ měsíce od doby, kdy byla Teiova hypotéza poprvé představena v roce 1974, říká, že považuje tuto práci za nejdůležitější příspěvek k diskusi za poslední rok. Protože se zaměřuje na problém, který se geochemici pokoušejí vyřešit po celá desetiletí.
"Toto je chytrý příběh o tom, jak by se měly prohlížet různé prvky, díky nimž by se mohla dostat na Zemi," říká Stevenson.
Ale ne každý souhlasí. Zůstávají otázky o izotopových poměrech prvků jako wolfram, Stewartovy poznámky. Tungsten-182 je odvozen od hafnia-182, takže poměr wolframu a hafnia pracuje jako hodiny pro stanovení věku konkrétní horniny. Pokud má jedna hornina více wolframu-182 než jiná, můžete bezpečně říci, že hornina bohatá na wolfram se vytvořila dříve. Nejpřesnější měření však ukazují, že poměry wolframu a hafnia jsou stejné pro Zemi i pro Měsíc. Aby k tomu došlo, musely být dvě těla ve zvláštních podmínkách.
Na základě materiálů od společnosti Quanta
Ilya Khel