Månen blev født i kollisionen af en Mars-størrelse krop og den tidlige jord, men ud over det er meget om verden, vi ser i vores himmel hver nat, stadig et mysterium. Efter 61 missioner, herunder seks astronautbesøg, der indsamlede prøver af månesten, er der stadig mange spørgsmål, herunder hvor meget af månen der er lavet af den mistede planetens rester, og hvor meget blev stjålet fra Jorden? Besvarelse af disse spørgsmål kunne give frisk indsigt i udviklingen af begge himmellegemer.
Relateret indhold
- Dead Star Shredding a Rocky Body tilbyder en forhåndsvisning af Jordens skæbne
- Jorden gør månen varm og blød på indersiden
Nu har forskere i Frankrig og Israel fundet bevis for, at den mindre krop, der smadrede ind i proto-jorden, sandsynligvis var lavet af lignende ting som vores hjemmeverden. I henhold til deres computermodeller forklares den aktuelle sammensætning af månemateriale bedst, hvis det, der ramte den tidlige jord, dannede sig i nærheden. To yderligere undersøgelser antyder, at begge kroppe derefter opbyggede en finer af ekstra materiale, da mindre protoplaneter fortsatte med at bombardere det unge system, men Jorden afhentede meget mere af denne senere belægning.
I henhold til den "gigantiske påvirkningshypotese" dannede månen sig for omkring 4, 5 milliarder år siden, da en planetlignende genstand omkring en tiendedel af Jordens nuværende masse smækkede ind på vores planet. Simuleringer og nylige undersøgelser af månebergarter antyder, at månen for det meste skulle være lavet af resterne af slaggen, kaldet Theia. Dette forklarer, hvorfor månen ser ud til at være lavet af materiale, der ligner jordens mantel, som det ses i klippeprøver og mineralkort.
Problemet er, at planeter har en tendens til at have forskellige sammensætninger. Mars, Merkur og store asteroider som Vesta har alle noget forskellige forhold mellem forskellige elementer. Hvis Theia blev dannet et andet sted i solsystemet, burde dens sammensætning have været temmelig anderledes end Jordens, og månens hovedkomposition skulle ikke se så meget ud som Jordens mantel.
For at prøve at løse conundrum analyserede Alessandra Mastrobuono-Battisti og Hagai Perets ved Israel Institute of Technology data fra simuleringer af 40 kunstige solsystemer, hvor de anvendte mere computerkraft, end der er blevet brugt i tidligere arbejde. Modellen voksede de kendte planeter og et hypotetisk antal planetesimaler og lod dem derefter løsne i et spil kosmiske billard.
Simuleringerne antager, at planeter, der er født længere væk fra solen, har en tendens til at have større relative forekomster af iltisotoper, baseret på den observerede kemiske blanding i Jorden, månen og Mars. Det betyder, at enhver planetesimal, der spawn tæt på Jorden, skal have lignende kemiske spor. ”Hvis de bor i samme kvarter, vil de være lavet af omtrent det samme materiale, ” siger Perets.
Holdet fandt ud af, at meget af tiden - 20 til 40 procent - store påvirkninger involverede sammenstød mellem kroppe, der dannede sig i lignende afstande fra solen og så havde lignende makeup. Beskrevet denne uge i Nature, sikkerhedskopierer værket den intuitive idé om, at det er mindre sandsynligt, at noget sejler ind og rammer dig langvejs, og det går langt i retning af at forklare månens bulkkomposition.
Indtil videre så godt, men det forklarer ikke alt. Der er stadig et dvælende puslespil knyttet til overflod af elementet wolfram. Dette siderofile, eller jernelskende, element skulle synke mod planeternes kerner over tid og gøre dens overflod meget mere variabel i forskellige kroppe, selvom de dannede tæt sammen. Det skyldes, at kroppe i forskellige størrelser danner kerner i forskellige hastigheder. Selvom der ville være en smule blanding fra påvirkningen, ville det meste af Theias wolframrige mantelmateriale være kastet ind i kredsløb og inkorporeret i månen, så mængden af wolfram i Jorden og månen skulle være meget anderledes.
I to uafhængige studier, der også optrådte i Nature, undersøgte Thomas Kruijer ved Universitetet i Münster i Tyskland og Mathieu Touboul ved University of Lyon i Frankrig forholdet mellem to wolframisotoper — wolfram-184 og wolfram-182 — i månebergarter og i Jorden som en helhed. Månebergene har lidt mere wolfram-182 end Jorden, rapporterer holdene.
Dette er spændende, fordi den bestemte isotop af wolfram kommer fra det radioaktive henfald af en isotop af elementet hafnium. Dens halveringstid er kort, kun ca. 9 millioner år. Så mens jernelskende wolfram har en tendens til at synke mod kernen, forbliver hafniumisotopen tættere på overfladen og bliver med tiden til wolfram-182. Det efterlader et overskud af wolfram-182 i en planetes mantel i forhold til mængden af wolfram-184 og andre naturlige isotoper.
Forskellen mellem Jorden og månen er relativt lille: de to undersøgelser finder det på niveauet 20 til 27 dele pr. Million. Men selv det lille skift ville kræve en masse kemisk finjustering, siger Kruijer, hvilket gør det usandsynligt, at det bare var tilfældighed. "At variere volfram med kun en procent eller deromkring har en dramatisk effekt, " siger han. "Den eneste løsning er, hvis mantelen af proto-Earth havde lignende wolfram-182-indhold som Theia, og kernen i impactor direkte blev fusioneret med Jordens."
Det er dog ikke sandsynligt. Mens meget af Theias kerne, der er tungere end dens mantel, forbliver som en del af Jorden, vil mantelen blandes med Jordens, når den bliver kastet i kredsløb. Mere blanding sker, når månen hæver sig. Andelen af Theias kerne- og mantelmateriale, der bliver omdannet til månen, er tilfældig chance, men der måtte i det mindste have været noget kernemateriale, siger Kruijer. Toubouls hold kom til en lignende konklusion: Hvis forskellene i volframforekomst skyldtes tilfældig blanding, da Theias indre blev skævt rundt med Jordens, skulle planeten og månen være endnu mere anderledes end de er.
Den enkleste løsning, siger forfatterne, ser ud til at være den "sene finer" -hypotese, som antyder, at Jorden og proto-månen startede med lignende volframisotopforhold. Jorden, der er større og mere massiv, ville fortsat tiltrække flere planetesimaler efter påvirkningen og tilføje nyt materiale til mantelen. Finér fra disse planetesimaler ville have haft mere wolfram-184 i forhold til wolfram-182, mens månen ville have holdt det forhold, der dateres fra påvirkningen.
"Dette ligner solide data, " siger Fréderic Moynier, kosmochemist og astrofysiker ved Institut de Physique du Globe de Paris, via e-mail. "Det passer med den nuværende teori om senfiner, som simpelthen er baseret på den grundlæggende overflod af siderofile elementer (blandt dem wolfram): der er simpelthen for mange siderofile elementer i den nuværende Jordmantel (de burde alle være i kernen) og derfor må de være blevet bragt til Jorden efter kernedannelse via meteoritpåvirkninger. "
Et mysterium forbliver: For at proto-månen skal matche Jordens wolframforhold, må Theia og Jorden være startet med meget lignende volframforekomster. At løse dette puslespil vil være arbejdet med fremtidige planetariske studier, men i det mindste indtil nu begynder historien om månens oprindelse at se lidt klarere ud.
