Apollo 17 -astronautti Garisson Schmitt lähestyi 13. joulukuuta 1972 kivenlohkaraa Kuun rauhallisuusmeressä. "Tällä lohkareella on oma pieni polku, joka johtaa suoraan mäkeä", hän kertoi komentajalleen Eugene Cernanille ja huomautti, missä lohkare oli ennen rullaamista alas mäkeä. Cernan otti näytteitä.
"Kuvittele, miltä olisi ollut, jos olisit seisonut siellä ennen kuin tämä lohkare rullasi", Cernan sanoi ajatuksellisesti. "En todennäköisesti tekisi paremmin", Schmitt vastasi.
Astronautit veivät kuun paloja lohkosta. Sitten, haravan avulla, Schmitt kaavitti pölyisiltä pinnoilta ja nosti kivi, jota myöhemmin kutsutaan troctolite 76536.
Tuo kallio ja sen lohkareveljet olivat tarkoitus kertoa tarinan siitä, kuinka meidän kuutamme tuli. Tässä luomistarinassa, joka on kirjattu lukemattomiin oppikirjoihin ja tiedemuseon kappaleisiin viimeisen neljänkymmenen vuoden aikana, Kuu sulatti itämaan ja kiinteän, Marsin kokoisen maailman katastrofaalisesta törmäyksestä. Toista maailmaa kutsuttiin Teiaksi kreikkalaisen jumalattaren jälkeen, joka synnytti Kulen Selenen. Theia törmäsi maahan niin kovasti, että molemmat maailmat sulavat. Sitten Theian heittämät sulan materiaalivirrat jäähtyivät ja jähmettyivät muodostaen hopeisen seuralaisen, jonka me kaikki tiedämme.
Mutta troktoliitti 76536: n ja muiden Kuun ja Marsin kallioiden nykyaikaiset mittaukset ovat kyseenalaistaneet tämän teorian. Viimeisen viiden vuoden aikana useat tutkimukset ovat paljastaneet ongelman: kanoninen jättiläinen törmäyshypoteesi perustuu oletuksiin, jotka eivät vastaa todisteita. Jos Theia osui maahan ja muodosti myöhemmin Kuun, Kuun on oltava Theian materiaalista. Mutta Kuu ei ole asiaa varten Theia - tai Mars. Hyvin atomien suhteen se näyttää melkein samalta kuin Maa.
Tämän epäjohdonmukaisuuden vuoksi kuun tutkijat etsivät uusia ideoita ymmärtääksesi kuinka kuun syntyi. Ilmeisin ratkaisu voi olla yksinkertaisin, mutta se aiheuttaa muita ongelmia nuoren aurinkokunnan ymmärtämisessä: Ehkä Theia muodosti Kuun, mutta Theia koostui myös aineesta, joka on melkein identtinen maan kanssa. Törmäysprosessi sekoitti vaihtoehtoisesti kaiken, homogenisoimalla kakun yksittäiset kappaleet ja nesteet, jotka sitten leikattiin osiin. Tässä tapauksessa törmäyksen piti olla erittäin voimakas tai niitä oli oltava useita. Kolmas selitys kyseenalaistaa ymmärryksemme planeetoista. Voi olla, että maamme ja kuun, jonka tänään olemme käyneet, olemme käyneet läpi outoja metamorfooseja ja villiä kiertoradan tansseja, jotka ovat radikaalisti muuttaneet kiertoaan ja tulevaisuuttaan.
Mainosvideo:
Huonoja uutisia Teialle
Ymmärtääksesi, mitä olisi voinut tapahtua maapallon tärkeimmällä päivänä, sinun on aloitettava ymmärtämällä aurinkokunnan nuoria. Neljä ja puoli miljardia vuotta sitten aurinkoa ympäröi kuuma donitsinmuotoisen roskan pilvi. Tähtielementit pyörivät vastasyntyneen aurinkoomme ympärillä, jäähtyen ja - vuosien mittaan - sulautuessaan yhteen prosessiin, jota emme täysin ymmärrä. Ensin kohoumiksi, sitten tasosuunniksi, sitten planeeteiksi. Nämä kiinteät aineet olivat jäykkiä ja törmäsivät usein, haihdutettiin ja ilmestyivät uudestaan. Maapallo ja kuu taottiin tässä uskomattoman kovassa tähtitaivaan biljardissa.
Parhaiden tietokonemalliemme mukaan saadaksemme nykyisen kuun, kooltaan, kiertoon ja nopeudella, jolla se siirtyy pois maapallosta, sanotaan, että riippumatta siitä, mihin Maa törmää, sen on oltava jotain Marsin kokoista. Jokin enemmän tai vähemmän tuottaisi jo järjestelmän, jolla on paljon suurempi kulmasuunta kuin me havaitsemme. Suurempi ammus heittää myös liikaa rautaa maapallon kiertoradalle ja tuottaa rautaa paljon rikkaamman kuun kuin havaitsemme.
Troctolite 76536: n ja muiden kivien ensimmäiset geokemialliset tutkimukset tukivat tätä tarinaa. He osoittivat, että kuukausikivien on oltava syntyneet magman kuunmeressä, joka voi puolestaan ilmetä jättiläismäisestä törmäyksestä. Troktoliitti kellui sulassa meressä kuin jäävuori Antarktis. Näiden fyysisten rajoitusten perusteella tutkijat päättivät, että Kuu tehtiin Theian jäännöksistä. Mutta siinä on ongelma.
Palatkaamme takaisin nuoreen aurinkokuntaan. Kun kiinteät maailmat törmäsivät ja haihdutettiin, niiden sisältö sekoitettiin, lopulta asettumalla erillisille alueille. Lähempänä aurinkoa, missä se oli kuumempi, kevyemmät elementit lämpiivät todennäköisemmin ja karkaisivat jättäen ylimääräisiä raskaita isotooppeja (elementtien variaatiot ylimääräisillä neutroneilla). Kauempana auringosta, kivet pystyivät pitämään enemmän vettä ja kevyemmät isotoopit pysyivät. Siksi tutkija voi tutkia isotooppien seosta määrittääkseen, missä aurinkokunnan osassa se esiintyi, aivan kuten aksentti petti ihmisen kotimaahan.
Nämä erot ovat niin selviä, että niitä käytetään luokittelemaan planeettoja ja meteoriittityyppejä. Mars on esimerkiksi niin erilainen kuin maapallo, että sen meteoriitit voidaan tunnistaa mittaamalla yksinkertaisesti kolmen erilaisen happi-isotoopin suhde.
Vuonna 2001 sveitsiläiset tutkijat käyttivät edistyneitä massaspektrometriatekniikoita troktoliittia 76536 ja muita kuunäytteitä uudelleen. Kävi ilmi, että niiden happisotoopit eivät ole erotettavissa maapallon isotoopeista. Geokemiaatit ovat sittemmin tutkineet titaania, volframia, kromia, rubidiumia, kaliumia ja muita ei-niin tavallisia metalleja maan päällä - ja ne kaikki näyttivät melko samanlaisilta.
Tämä on huono uutinen Teialle. Jos Mars on niin erilainen kuin maapallo, Theian - ja siksi myös Kuun - on oltava myös erilaisia. Jos ne ovat samoja, se tarkoittaa, että kuun olisi pitänyt muodostua maapallon sulan kappaleista. Apollon keräämät kivet osoittautuvat suoraan ristiriidassa fysiikan vaatimusten kanssa.
"Kaanoninen malli on vakavassa kriisissä", sanoo Darah'n Kalifornian yliopiston planeettatutkija Sarah Stewart. "Häntä ei ole vielä tapettu kokonaan, mutta hänen nykyinen tila on, että hän ei ole työssä."
Höyryn kuu
Stewart on yrittänyt miettiä tämän ongelman fyysisiä rajoituksia - tarvetta tietyn kokoiselle iskuelimelle, joka liikkuu tietyllä nopeudella - uuden geokemiallisen näytön taustalla. Vuonna 2012 hän ja Matiya Zhuk, jotka ovat nyt SETI-instituutissa, ehdottivat uutta fyysistä mallia kuun muodostumiselle. He väittivät, että nuori maa oli kehruva dervisi, jonka päivä kesti kaksi tai kolme tuntia, kun Theia iski siihen. Törmäys tuotti levyn ympäri maata - kuten Saturnuksen kehä -, mutta se kesti vain 24 tuntia. Viime kädessä levy jäähtyi ja jähmettyi kuun muodostamiseksi.
Supertietokoneet eivät ole tarpeeksi tehokkaita simuloimaan tätä prosessia kokonaan, mutta ne ovat osoittaneet, että niin nopeasti kehruvalle maailmaan törmäävä ammus voi leikata tarpeeksi maata, tuhota kokonaan Theian ja raaputtaa molemmat tarpeeksi ihoa molemmilta luodakseen kuun ja maan samoilla isotooppisuhteilla. Kuten keramiikka potterin pyörällä.
Jotta nopeasti pyörivä maapallon selitys olisi paikkansa, täytyy olla jotain muuta, joka hidastaa planeetan pyörimisnopeutta nykyiseen tilaansa. Stewart ja Chuck väittivät vuoden 2012 paperissaan, että tietyissä kiertoradan ja resonanssin vuorovaikutuksissa maapallon olisi pitänyt siirtää kulmavirhe aurinkoon. Myöhemmin Massachusettsin teknillisen instituutin Jack Wisdom ehdotti useita vaihtoehtoisia skenaarioita kulmavirran saamiseksi Maa-Kuu-järjestelmästä.
Mikään selitys ei kuitenkaan ollut tyydyttävä. Vuoden 2012 mallit eivät ole koskaan pystyneet selittämään Kuun kiertorataa tai sen kemiaa, Stewart sanoo. Ja niin, viime vuonna Simon Locke, tuolloin Harvardin tutkinnon suorittanut ja Stuart-opiskelija, esitteli päivitetyn mallin, joka ehdotti aiemmin näkymätöntä planeettarakennetta.
Hänen mukaansa jokainen maapallon ja Teian kappale haihdutti ja muodosti turvonneen, turvonneen pilven paksun munkin muodossa. Pilvi pyöri niin nopeasti, että saavutti pisteen, jota kutsuttiin yhteiskiertorajaksi. Pilven tällä ulkoreunalla haihtunut kallio kiertyi niin nopeasti, että pilvi sai uuden rakenteen, paksun levyn kiertäessä sisäaluetta. Tärkeää on, että levyä ei erotettu keskusalueelta samalla tavalla kuin Saturnuksen renkaat.
Tämän rakenteen olosuhteet ovat sanoinkuvaamatta surkeat; ei ole pintaa, sen sijaan sulan kiven pilviä, jolloin jokainen pilven alue muodostaa sulan kiven sadepisarat. Kuut kasvoivat tämän höyryn sisällä, Locke sanoo, ennen kuin höyry lopulta jäähtyi ja jätti maan-kuun järjestelmän taakse.
Rakenteen epätavallisten ominaisuuksien vuoksi Locke ja Stewart katsoivat ansaitsevansa uuden nimen. He yrittivät useita versioita ennen saapumistaan "synestiaan", joka käyttää kreikkalaista etuliitettä "synti", joka tarkoittaa "yhdessä", ja jumalatar Hestiaa, joka edustaa kotia, tulisija ja arkkitehtuuria. Tämä sana tarkoittaa "linkitettyä rakennetta", Stewart sanoo.
”Nämä elimet eivät ole mitä luulet. Ja ne eivät näytä miltä luulit heidän näyttävän."
Locke ja Stewart julkaisivat toukokuussa paperin synesthesian fysiikasta; heidän työnsä kuunsynteesiassa on edelleen kesken. He esittelivät sen planeettakonferenssissa ja sanoivat, että heidän kollegansa olivat kiinnostuneita, mutta tuskin hyväksyvät ajatusta. Ehkä siksi, että synestia on vain idea; toisin kuin rengastettuja planeettoja, joita on paljon aurinkokunnassa, ja protoplanetaarisia levyjä, joita on monia maailmankaikkeudessa, kukaan ei ole koskaan nähnyt yhtäkään.
Mutta se on hauska tapa selittää kuuomme erityispiirteet, kun mallimme eivät näytä toimivan.
Kymmenen kuukautta
Aurinkokunnan luonnollisista satelliiteista maapallon kuu saattaa olla hämmästyttävimmän yksinäisyytensä vuoksi. Merkurilla ja Venuksella ei ole luonnollisia satelliitteja, osittain johtuen niiden läheisyydestä aurinkoon, joiden painovoimavaikutus tekee satelliittien kiertoradat epävakaita. Marsilla on pieniä Phobosia ja Deimosia, joiden asteroidit vangitsevat joidenkin mielestä; toiset puhuvat suurten elinten putoamisesta Marsille. Kaasujättiläillä on monia satelliitteja, sekä kovia että pehmeitä.
Toisin kuin nämä satelliitit, maan satelliitti erottuu myös koostaan ja kantamastaan fyysisestä rasituksesta. Kuu muodostaa vähemmän kuin 1% maapallosta massan mukaan, ja ulkoisten planeettojen satelliittien kokonaismassa on alle 1/10 prosenttia heidän vanhempistaan. Vielä tärkeämpää on, että Kuu muodostaa 80% maapallon järjestelmän kulmavirrasta -
Kuu. Toisin sanoen Kuu vastaa 80%: sta koko järjestelmän liikkeestä. Ulommilla planeetoilla tämä arvo on alle 1%.
Ehkä Luna ei aina kannut kaikkea tätä taakkaa. Satelliitin kasvot osoittavat todisteita voimakkaasta pommituksesta; miksi sitten meidän pitäisi olettaa, että vain yksi isku muovasi kuun maan päältä? Kuu on saattanut muodostua monien törmäysten aikana, Israelin Weizman-tutkimuslaitoksen planeettatutkijan Raluka Rufun mukaan.
Viime talvena julkaistussa lehdessä hän väitti, että maan satelliitti ei ehkä ole alkuperäinen. Sen sijaan siitä tuli tuhansien kappaleiden kokoelma - ainakin kymmenen - hänen laskelmiensa perusteella. Ammukset lentävät eri kulmista ja eri nopeuksilla maahan ja muodostivat levyjä, jotka sulautuivat "kuun roskiksi" ja sokaisivat lopulta tänään tunnetun kuun.
Planeetatutkijat panivat merkille hänen työnsä. Robin Canup, Lounais-tutkimusinstituutin kuututkija ja kuunmuodostuksen teorioiden asiantuntija, sanoo, että teoria on harkinnan arvoinen. Tutkimusta tarvitaan kuitenkin enemmän. Rufu ei ole varma, liikkuivatko roskat samaan suuntaan, kuten kuun katsot jatkuvasti samaan suuntaan. Jos on, kuinka he olisivat voineet sulautua? Tämä on vielä nähtävissä.
Samaan aikaan toiset ovat kääntyneet toiseen selitykseen maan ja Kuun välisille yhtäläisyyksille, jolle voisi olla hyvin yksinkertainen vastaus. Uusista fysiikkamalleista ja uudesta fysiikasta voi olla kiistanalaista synestioista kuuhihnoihin. Ehkä Kuu on samanlainen kuin Maa vain siksi, että Theia oli samanlainen.
Sama
Kuu ei ole ainoa "maallinen" asia aurinkojärjestelmässä. Kivillä, kuten troktoliittilla 76536, on sama hapen isotooppisuhde kuin maaperäisillä kivillä, samoin kuin asteroidiryhmillä - enstatiittikondriiteilla. Näiden asteroidien happi-isotoopit ovat samanlaisia kuin maan päällä, sanoo kosmoseemikko Miriam Telus, joka tutkii meteoriiteja Carnegie-instituutissa Washingtonissa. "Yksi perustelu on, että ne muodostuivat levyn kuumilla alueilla, jotka voivat olla lähempänä aurinkoa", hän sanoo. Ne ovat ehkä muodostuneet lähellä Maata.
Jotkut näistä kiveistä muodostuivat yhdessä muodostamaan maan; muut muodostivat Theian. Enstaatiittiset chritriitit ovat jäännöskivejä, joita ei ole koskaan kerätty tai kasvatettu tarpeeksi suuriksi vaipien, ytimien ja täysin muodostettujen planeettojen muodostamiseksi.
Tammikuussa Chicagon yliopiston geofyysikko Nicholas Daufas totesi, että suurin osa maapallosta muodostuvista kivistä oli enstatiittityyppisiä meteoriitteja. Hän väitti, että kaikki, mikä muodostui yhdellä alueella, kerätään heiltä. Planeettarakentaminen tapahtui käyttämällä samoja sekoitettuja materiaaleja, joita olemme nyt maapallolla ja kuulla; ne näyttävät samalta, koska ovat samoja. Kuun muodostaneella jättiläisellä vartalolla oli todennäköisesti isotooppinen koostumus samanlainen kuin Maalla.
David Stevenson, Kalifornian teknologiainstituutin planeettatutkija, joka on tutkinut kuun alkuperää Theian hypoteesin esittämisen jälkeen vuonna 1974, sanoo, että hänen mielestään tämä työ on tärkein panos kiistoihin viime vuonna. Koska se keskittyy ongelmaan, jota geokemiat ovat yrittäneet ratkaista vuosikymmenien ajan.
"Tämä on fiksu tarina siitä, kuinka erilaisia maapallon päästäviä elementtejä tulisi tarkastella", Stevenson sanoo.
Mutta kaikki eivät ole samaa mieltä. Kysymyksiä on edelleen elementtien, kuten volframin, isotooppisuhteista, Stewart toteaa. Volframi-182 on johdettu hafnium-182: sta, joten volframin ja hafniumin suhde toimii kuin kello määrittämään tietyn kallion ikä. Jos yhdessä kalliossa on enemmän volframi-182 kuin toisessa, voit turvallisesti sanoa, että volframirikas kivi muodostui aiemmin. Mutta tarkimmat mittaukset osoittavat, että volframin ja hafniumin suhteet ovat samat maapallolla ja kuulla. Kahden ruumiin piti olla erityisissä olosuhteissa, jotta tämä tapahtuisi.
Perustuu Quanta-materiaaleihin
Ilja Khel