Månen ble født i kollisjonen av en Mars-størrelse kropp og den tidlige jorden, men utover det er mye om verden vi ser i himmelen vår hver natt fremdeles et mysterium. Etter 61 oppdrag, inkludert seks astronautbesøk som samlet prøver av måneberg, gjenstår det fortsatt mange spørsmål, inkludert hvor mye av månen som er laget av den tapte planetens rester, og hvor mye som ble stjålet fra Jorden? Svar på disse spørsmålene kan gi ny innsikt i utviklingen av begge himmellegemer.
Relatert innhold
- Dead Star Shredding a Rocky Body Tilbyr en forhåndsvisning av Jordens skjebne
- Jorden gjør månen varm og myk på innsiden
Nå har forskere i Frankrike og Israel funnet bevis på at den mindre kroppen som smadret inn i proto-jorden sannsynligvis var laget av lignende ting som hjemmeverdenen vår. I følge datamaskinmodellene deres, forklares også den nåværende sammensetningen av månemateriale best om det som rammet tidlig Jorden dannet seg i nærheten. Ytterligere to studier antyder at begge kroppene deretter bygde opp en finér av ekstra materiale da mindre protoplaneter fortsatte å bombardere det unge systemet, men Jorden plukket opp mye mer av dette senere belegget.
I følge den "gigantiske påvirkningshypotesen" dannet månen seg for rundt 4, 5 milliarder år siden, da en planetlignende gjenstand omtrent en tidel av jordas nåværende masse smalt inn i planeten vår. Simuleringer og nylige studier av månebergarter antyder at månen for det meste bør lages av restene av påvirkeren, med kallenavnet Theia. Dette vil forklare hvorfor månen ser ut til å være laget av materiale som ligner mye på jordens mantel, slik det sees i bergprøver og mineralkart.
Problemet er at planeter har en tendens til å ha forskjellige komposisjoner. Mars, Merkur og store asteroider som Vesta har alle noe forskjellige forhold mellom forskjellige elementer. Hvis Theia ble dannet et annet sted i solsystemet, burde sminken ha vært ganske annerledes enn jordas, og månens sammensetning skulle ikke se så lik jordens mantel.
For å prøve å løse conundrum, analyserte Alessandra Mastrobuono-Battisti og Hagai Perets ved Israel Institute of Technology data fra simuleringer av 40 kunstige solsystemer, og benyttet mer datakraft enn det som har vært brukt i tidligere arbeider. Modellen vokste de kjente planetene og et hypotetisk antall planetesimaler og slapp dem løs i et spill med kosmiske biljard.
Simuleringene antar at planeter født lenger fra solen har en tendens til å ha høyere relative forekomster av oksygenisotoper, basert på den observerte kjemiske blandingen i Jorden, månen og Mars. Det betyr at alle planetesimaler som gyte nær jorden, bør ha lignende kjemiske spor. "Hvis de bor i samme nabolag, vil de være laget av omtrent det samme materialet, " sier Perets.
Teamet fant ut at mye av tiden - 20 til 40 prosent - store påvirkninger involverte kollisjoner mellom kropper som dannet seg på samme avstand fra solen og så hadde lignende sminke. Beskrevet denne uken i Nature, støtter verket den intuitive ideen om at det er mindre sannsynlig at noe vil seile inn og treffer deg langveisfra, og det går langt i retning av å forklare månens bulkkomposisjon.
Så langt så bra, men det forklarer ikke alt. Det er fremdeles et vedvarende puslespill knyttet til overflod av elementet wolfram. Dette siderofile, eller jernelskende, elementet skulle synke mot kjernene til planetene over tid, og gjøre overfloden mye mer variabel i forskjellige kropper, selv om de dannet seg tett sammen. Det er fordi kropper i forskjellige størrelser vil danne kjerner med forskjellige hastigheter. Selv om det ville være litt blanding fra påvirkningen, ville det meste av Theias wolframrike mantelmateriale blitt kastet inn i bane og innlemmet i månen, så mengden wolfram i jorden og månen burde være veldig forskjellig.
I to uavhengige studier som også dukket opp i Nature, undersøkte Thomas Kruijer ved universitetet i Münster i Tyskland og Mathieu Touboul ved universitetet i Lyon i Frankrike forholdet mellom to wolframisotoper — wolfram-184 og wolfram-182 — i månebergarter og på jorden som en helhet. Månebergene har litt mer wolfram-182 enn Jorden, rapporterer teamene.
Dette er spennende, fordi den bestemte isotopen av wolfram kommer fra det radioaktive forfallet av en isotop av elementet hafnium. Halveringstiden er kort, bare rundt 9 millioner år. Så mens jernelskende wolfram har en tendens til å synke mot kjernen, forblir hafnium-isotopen nærmere overflaten og blir over tid til wolfram-182. Det etterlater et overskudd av wolfram-182 i en planetes mantel mot mengden wolfram-184 og andre naturlige isotoper.
Forskjellen mellom Jorden og månen er relativt liten: de to studiene finner den på nivået 20 til 27 deler per million. Men selv det lille skiftet vil kreve mye kjemisk finjustering, sier Kruijer, noe som gjør det usannsynlig at det bare var tilfeldigheter. "Variert volfram med bare en prosent eller så har en dramatisk effekt, " sier han. "Den eneste løsningen er hvis mantelen av proto-Earth hadde lignende volfram-182-innhold som Theia, og kjernen i støtoren direkte fusjonerte med jordens."
Det er imidlertid ikke sannsynlig. Mens mye av Theias kjerne, som er tyngre enn mantelen, vil forbli som en del av jorden, vil mantelen blandes med jordens når den blir kastet i bane. Mer blanding skjer når månen trekker seg til. Andelen av Theias kjerne- og mantelmateriale som blir omgjort til månen er tilfeldig sjanse, men det måtte ha vært minst noe kjernemateriale, sier Kruijer. Toubouls team kom til en lignende konklusjon: Hvis forskjellene i volframforekomst skyldtes tilfeldig blanding ettersom Theias innerhår slynget seg rundt Jordens, burde planeten og månen være enda mer annerledes enn de er.
Den enkleste løsningen, forfatterne sier, ser ut til å være den "sent finér" -hypotesen, som antyder at Jorden og proto-månen startet med lignende volframisotopforhold. Jorden, som er større og mer massiv, vil fortsette å tiltrekke seg flere planetesimaler etter påvirkningen, og tilføre nytt materiale til mantelen. Finéren fra disse planetesimalene ville hatt mer wolfram-184 i forhold til wolfram-182, mens månen ville ha holdt forholdet som dateres fra påvirkningen.
"Dette ser ut som solide data, " sier Fréderic Moynier, kosmokjemiker og astrofysiker ved Institut de Physique du Globe de Paris, via e-post. "Det passer med den nåværende teorien om senfiner, som ganske enkelt er basert på den elementære overfloden av siderofile elementer (blant dem wolfram): det er rett og slett for mange siderofile elementer i den nåværende jordens mantel (de burde alle være i kjernen) og derfor må de ha blitt brakt til Jorden etter kjernedannelse via meteorittpåvirkning. "
Et mysterium gjenstår: For at proto-månen skal samsvare med jordens volframforhold, må Theia og Jorden ha startet med veldig like volframforekomster. Å løse dette puslespillet vil være arbeidet med fremtidige planetaristudier, men i det minste for nå begynner måneformhistorien å se litt tydeligere ut.
