Kuu syntyi Marsin kokoisen ruumiin ja varhaisen Maan törmäyksessä, mutta sen lisäksi, paljon maailmaa, jota näemme taivaissamme joka ilta, on edelleen mysteeri. 61 virkamatkan jälkeen, mukaan lukien kuusi astronauttivierailua, joissa kerättiin näytteitä kuukivikiveistä, jäljellä on vielä monia kysymyksiä, muun muassa kuinka suuri osa kuusta on tuon kadonneen planeetan jäännöksistä ja kuinka paljon varastatiin maasta? Näihin kysymyksiin vastaaminen voisi tarjota uutta tietoa molempien taivaankappaleiden kehityksestä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Kivisen kehon murskaaminen kuollut tähti tarjoaa esikatselun Maan kohtalosta
- Maa tekee kuusta lämpimän ja pehmeän sisältä
Nyt Ranskan ja Israelin tutkijat ovat löytäneet todisteita siitä, että mielenkiintoiseen maahan murskattu pienempi ruumis oli todennäköisesti tehty samanlaisista tavaroista kuin kotimaamme. Lisäksi heidän tietokonemalliensa mukaan kuun materiaalin nykyinen koostumus selitetään parhaiten, jos mikä lähellä olevaa aikaista maata muodosti. Kaksi ylimääräistä tutkimusta viittaa siihen, että molemmat rungot rakensivat sitten viilua lisämateriaalista, kun pienemmät protoplaneetit jatkoivat pommitusta nuorta järjestelmää, mutta Maa otti paljon enemmän tästä myöhemmästä pinnoitteesta.
"Jättiläisen vaikutushypoteesin" mukaan kuu muodostui noin 4, 5 miljardia vuotta sitten, kun planeettamallinen esine, joka oli noin kymmenesosa Maan nykyisestä massasta, iski planeettamme. Kuvakivien simulaatiot ja äskettäiset tutkimukset viittaavat siihen, että kuu tulisi valmistaa enimmäkseen iskulaitteen jäännöksistä, nimeltään Theia. Tämä selittäisi miksi kuu näyttää olevan tehty materiaalista, joka näyttää paljon kuin maan vaippa, kuten kivinäytteissä ja mineraalikartoissa näkyy.
Ongelmana on, että planeetoilla on yleensä selkeät koostumukset. Marsilla, elohopealla ja isoilla asteroideilla, kuten Vesta, on kaikilla eri elementtien suhteet hieman erilaiset. Jos Theia muodostettiin jossain muualla aurinkokunnassa, sen meikin olisi pitänyt olla melko erilainen kuin Maan, ja kuun massakoostumus ei saisi näyttää niin samanlaiselta kuin maan vaippa.
Yrittääkseen ratkaista ongelman Alessandra Mastrobuono-Battisti ja Hagai Perets Israelin teknillisessä instituutissa analysoivat 40 keinotekoisen aurinkojärjestelmän simulaatioiden tietoja käyttämällä enemmän tietokonevoimaa kuin aikaisemmassa työssä on käytetty. Malli kasvatti tunnetut planeetat ja hypoteettisen määrän planeettasimleja ja päästi sitten ne irti kosmisessa biljardipelissä.
Simulaatioissa oletetaan, että auringosta kauempana syntyneillä planeetoilla on yleensä korkeammat happea isotooppien suhteelliset määrät perustuen havaittuihin kemiallisiin sekoituksiin Maassa, kuussa ja Marsissa. Tämä tarkoittaa, että kaikilla planeetanäytteillä, jotka kutivat lähellä Maata, tulisi olla samanlaiset kemialliset jäljet. "Jos he asuvat samassa naapurustossa, ne tehdään suunnilleen samasta materiaalista", Perets sanoo.
Ryhmä havaitsi, että paljon aikaa - 20–40 prosenttia - suuriin vaikutuksiin liittyi törmäyksiä elinten välillä, jotka muodostuivat samanlaisilta etäisyyksiltä auringosta ja joilla oli siten samanlainen meikki. Tätä kuvataan tällä viikolla luonnossa, ja teos tukee intuitiivista ajatusta siitä, että on vähemmän todennäköistä, että jokin purjehtii sisään ja lyö sinut kaukaa, ja menee pitkälle kohti selittää kuun bulkkikoostumus.
Toistaiseksi niin hyvä, mutta se ei selitä kaikkea. Vielä on jäljellä palapeli, joka liittyy elementin volframin runsauteen. Tämän siderofiilin tai rautaa rakastavan elementin tulisi uppoaa kohti planeettojen ytimiä ajan myötä, mikä tekee sen runsaudesta monimuotoisemman eri elimissä, vaikka ne muodostuisivat lähelle toisiaan. Tämä johtuu siitä, että erikokoiset rungot muodostavat ytimiä eri nopeudella. Vaikka iskuista olisi vähän sekoittumista, suurin osa Theian volframirikkaasta vaippamateriaalista olisi heitetty kiertoradalle ja sisällytetty kuuhun, joten volframin määrän maassa ja kuussa tulisi olla hyvin erilaisia.
Kahdessa riippumattomassa tutkimuksessa, jotka esiintyivät myös luonnossa, Thomas Kruijer Münsterin yliopistossa Saksassa ja Mathieu Touboul Lyonin yliopistossa Ranskassa tutkivat kahden volframi-isotoopin - volframi-184 ja volframi-182 - suhdetta kuukivikiveissä ja maapallolla kokonaisena. Kuukivillä on hiukan enemmän volframia-182 kuin maapallolla, joukkueet ilmoittavat.
Tämä on kiehtovaa, koska kyseinen volframin isotooppi tulee hafnium-elementin isotoopin radioaktiivisesta hajoamisesta. Sen puoliintumisaika on lyhyt, vain noin 9 miljoonaa vuotta. Joten vaikka rautaa rakastava volframi pyrkii vajoamaan kohti ydintä, hafnium-isotooppi pysyy lähempänä pintaa ja muuttuu ajan myötä volframiksi-182. Se jättää ylimääräisen volframi-182: n planeetan vaippaan verrattuna volframi-184: n ja muiden luonnollisten isotooppien määrään.
Ero Maan ja Kuun välillä on suhteellisen pieni: kahden tutkimuksen mukaan se on välillä 20 - 27 miljoonasosaa. Mutta jopa tuo pieni muutos vaatisi paljon kemiallista hienosäätöä, Kruijer sanoo, mikä tekee epätodennäköiseksi, että se oli vain mahdollisuus. "Volframin muuttamisella vain noin prosentilla on dramaattinen vaikutus", hän sanoo. "Ainoa ratkaisu on, jos proto-Maan vaipan sisäpuolella olisi samanlainen volframi-182-pitoisuus kuin Theialla, ja iskulaitteen ydin sulautuisi suoraan maan päälle."
Se ei kuitenkaan ole todennäköistä. Vaikka suuri osa Theian ytimestä, joka on vaipansa raskaampaa, pysyy osana maata, vaippa sekoittuu maan kanssa, kun se saapuu kiertoradalle. Lisää sekoittumista tapahtuu kuun noustessa. Theian ydin- ja vaippamateriaalin osuus, joka muuttuu kuuksi, on satunnainen sattuma, mutta ainakin jotain ydinmateriaalia oli pitänyt olla, Kruijer sanoo. Touboulin joukkue päätyi samanlaiseen johtopäätökseen: Jos volframin määrän erot johtuivat sattumanvaraisesta sekoituksesta, kun Theian sisäsisäiset hidastuivat Maan kanssa, planeetan ja kuun pitäisi olla vieläkin enemmän erilaisia kuin ne ovat.
Kirjailijoiden mukaan yksinkertaisin ratkaisu näyttää olevan "myöhäisen viilun" hypoteesi, joka viittaa siihen, että Maa ja alkukuu alkoivat samanlaisilla volframi-isotooppisuhteilla. Maapallo, koska se on suurempi ja massiivisempi, houkuttelee jatkossakin enemmän lentokoneiden näytteitä iskun jälkeen lisäämällä vaippaan uutta materiaalia. Näiden tasosimallien viilulla olisi ollut enemmän volframia-184 verrattuna volframi-182: een, kun taas kuu olisi pitänyt suhteen, joka on päivätty iskusta.
"Tämä näyttää vankalta tiedolta", Fréderic Moynier, kosmokemisti ja astrofysiikka Pariisin instituutissa, sanoo sähköpostitse. "Se sopii nykyiseen teoriaan myöhäisviilusta, joka perustuu yksinkertaisesti siderofiilielementtien (niiden joukossa volframi) alkuaineiden runsauteen: nykyisessä maapallon vaipassa on yksinkertaisesti liian paljon siderofiilielementtejä (niiden kaikkien tulisi olla ytimessä) ja siksi ne on täytynyt tuoda maan päälle ytimen muodostumisen jälkeen meteoriittien vaikutuksesta. "
Yksi mysteeri on jäljellä: Jotta proto-kuu vastaisi Maan volframisuhdetta, Theian ja Maan on pitänyt aloittaa hyvin samanlaisilla volframipitoisuuksilla. Tämän palapelin ratkaiseminen on tulevaisuuden planeettatutkimuksen työ, mutta ainakin toistaiseksi kuun alkuperätarina on alkanut näyttää hieman selkeämmältä.
