Tiedemiehet ovat vuosikymmeniä pohtineet, kuinka Maa sai ainoan satelliittinsa, Kuun. Vaikka jotkut ovat väittäneet, että se muodostui materiaalista, jonka Maa on kadottanut keskipakovoiman vuoksi tai sen vangitsi Maan painovoima, laajimmin hyväksytty teoria on, että kuu muodostui noin 4,5 miljardia vuotta sitten, kun Marsin kokoinen esine (nimeltään Theia) törmäsi protomaahan (alias Jättimäisen vaikutuksen hypoteesi ).
Koska proto-Maa on kuitenkin kokenut monia jättimäisiä iskuja, sen ympärille odotetaan muodostuneen useita kuita ajan myötä. Näin ollen herää kysymys, mitä näille kuiille tapahtui? Juuri tämän kysymyksen esitti kansainvälinen tutkijaryhmä tutkimus jossa he ehdottavat, että nämä 'kuukut' olisivat saattaneet törmätä takaisin Maahan jättäen jäljelle vain sellaisen, jonka näemme tänään.
Tutkimus, jonka otsikko on ' Kuun putoukset: Maan ja sen menneiden kuuiden väliset törmäykset ', ilmestyi äskettäin verkossa ja on hyväksytty julkaistavaksiRoyal Astronomical Societyn kuukausitiedotteet.Tutkimusta johti tutkijatohtori Uri Malamud Technion Israeli Institute of Technology ja mukana jäseniä Tübingenin yliopisto , Saksa ja Wienin yliopisto .
Tutkimuksensa vuoksi tohtori Malamud ja hänen kollegansa – prof. Hagai B. Perets, tohtori Christoph Schafer ja Christoph Burger (tohtoriopiskelija) – pohtivat, mitä tapahtuisi, jos maapallo, sen varhaisessa muodossaan, olisi kokenut useita jättimäisiä törmäyksiä, jotka olivat ennen törmäystä Theian kanssa. Jokaisella näistä törmäyksistä olisi ollut mahdollisuus muodostaa Kuun alapuolinen massa 'kuulet', joka olisi ollut gravitaatiovuorovaikutuksessa protomaan kanssa, samoin kuin kaikki mahdolliset aiemmin muodostuneet kuut.
Viime kädessä tämä olisi johtanut kuu-kuonen sulautumiseen, kuuiden sinkoutumiseen Maan kiertoradalta tai kuukuntien putoamiseen Maahan. Lopulta tohtori Malamud ja hänen kollegansa päättivät tutkia tätä jälkimmäistä mahdollisuutta, koska tiedemiehet eivät ole aiemmin tutkineet sitä. Lisäksi tällä mahdollisuudella voi olla raju vaikutus Maan geologiseen historiaan ja evoluutioon. Kuten Malamud ilmoitti Universe Todaylle sähköpostitse:
'Nykyisen planeetan muodostumisen ymmärryksen mukaan maanpäällisen planeetan kasvun myöhäiset vaiheet tapahtuivat monien jättimäisten törmäysten kautta planeettojen alkioiden välillä. Tällaiset törmäykset muodostavat merkittäviä roskakiekkoja, jotka puolestaan voivat muuttua kuuiksi. Kuten ehdotimme ja korostimme tässä ja aiemmissa kirjoituksissamme, ottaen huomioon tällaisten törmäysten määrä ja kuiiden evoluutio - useiden kuuiden olemassaolo ja niiden keskinäinen vuorovaikutus johtavat kuun putoamiseen. Se on olennainen, väistämätön osa nykyistä planeettojen muodostumisteoriaa.'
Kuitenkin, koska Maa on geologisesti aktiivinen planeetta ja koska sen paksu ilmakehä johtaa luonnolliseen sään ja eroosion, pinta muuttuu dramaattisesti ajan myötä. Sellaisenaan on aina vaikea määrittää niiden tapahtumien vaikutuksia, jotka tapahtuivat Maan varhaisimpien kausien aikana – eli Hadean Eonissa, joka alkoi 4,6 miljardia vuotta sitten Maan muodostumisesta ja päättyi 4 miljardia vuotta sitten.
Taiteilijan käsitys asteroideista tai komeetoista, jotka kantavat vettä protomaahan. Luotto: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Testatakseen, olisiko tämän eonin aikana voinut tapahtua useita iskuja, jotka lopulta putosivat maan päälle, tiimi suoritti sarjan sileitä hiukkasten hydrodynaamisia (SPH) simulaatioita. He tarkastelivat myös erilaisia kuun massoja, törmäyskulmia ja proto-Maan alkuperäisiä pyörimisnopeuksia. Pohjimmiltaan, jos kuut putosivat maan päälle menneisyydessä, se olisi muuttanut proto-Maan pyörimisnopeutta, mikä johtaisi sen nykyiseen sidereaaliseen kiertokulkuun, joka on 23 tuntia, 56 minuuttia ja 4,1 sekuntia.
Lopulta he löysivät todisteita siitä, että vaikka suurten esineiden suorat vaikutukset eivät olleet todennäköisiä, useita laiduntavia vuorovesi-törmäyksiä olisi voinut tapahtua. Nämä olisivat aiheuttaneet materiaalin ja roskien sinkoutumisen ilmakehään, jotka olisivat muodostaneet pieniä kuukuja, jotka olisivat sitten olleet vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Kuten Malamud selitti:
'Tuloksemme osoittavat kuitenkin, että kuun putoamisen tapauksessa materiaalin jakautuminen ei ole tasainen maan päällä, ja siksi tällaiset törmäykset voivat aiheuttaa epäsymmetriaa ja koostumuksen epähomogeenisuutta. Kuten artikkelissa keskustelemme, jälkimmäiselle on itse asiassa mahdollista näyttöä - kuun putoukset voivat mahdollisesti selittää isotooppiheterogeenisyydet erittäin siderofiilisissä elementeissä maanpäällisissä kivissä. Periaatteessa kuun törmäykset voivat myös tuottaa suuren mittakaavan rakenteen Maahan, ja arvelimme, että tällainen vaikutus olisi voinut myötävaikuttaa Maan varhaisimman supermantereen muodostumiseen. Tämä näkökohta on kuitenkin spekulatiivisempi, ja sitä on vaikea vahvistaa suoraan, kun otetaan huomioon maapallon geologinen kehitys noista varhaisista ajoista lähtien.
Tämä tutkimus laajentaa tehokkaasti nykyistä ja laajalti suosittua Giant Impact -hypoteesia. Tämän teorian mukaan Kuu muodostui aurinkokunnan ensimmäisten 10-100 miljoonan vuoden aikana, jolloin maaplaneetat olivat vielä muodostumassa. Tämän ajanjakson loppuvaiheessa näiden planeettojen (Merkurius, Venus, Maa ja Mars) uskotaan kasvaneen pääasiassa suuriin planeettaalkioihin kohdistuneiden törmäysten seurauksena.
Taiteilijan esitys kahdesta törmäävästä kivikappaleesta. Tällainen törmäys on todennäköisin lämpimän pölyn lähde HD 131488 -järjestelmässä. Luotto: Lynette Cook Gemini Observatorylle/AURAlle
Siitä lähtien Kuun uskotaan kehittyneen Maan ja Kuun keskinäisten vuorovesien seurauksena ja siirtynyt ulospäin nykyiseen sijaintiinsa, missä se on ollut siitä lähtien. Tämä paradigma ei kuitenkaan ota huomioon vaikutuksia, jotka tapahtuivat ennen Theian saapumista ja Maan ainoan satelliitin muodostumista. Tämän seurauksena tohtori Malamud ja hänen kollegansa väittävät, että se ei ole yhteydessä laajempaan kuvaan maanpäällisen planeetan muodostumisesta.
He väittävät, että ottamalla huomioon mahdolliset Kuun muodostumista edeltävät törmäykset tutkijalla voi olla täydellisempi kuva siitä, kuinka sekä Maa että Kuu kehittyivät ajan myötä. Näillä löydöillä voi olla vaikutuksia myös muiden aurinkoplaneettojen ja -kuiden tutkimukseen. Kuten tohtori Malamud totesi, on jo vakuuttavia todisteita siitä, että suuret törmäykset vaikuttivat planeettojen ja kuuiden kehitykseen.
'Muilla planeetoilla näemme todisteita erittäin suurista vaikutuksista, jotka tuottivat planeetan mittakaavan topografisia piirteitä, kuten niin sanotun Marsin dikotomian ja mahdollisesti Charonin pinnan dikotomian', hän sanoi. 'Näiden täytyi syntyä laajamittaisista vaikutuksista, mutta riittävän pieniä tehdäkseen planeetan alimaailmallisia piirteitä. Kuun putoukset ovat tällaisten vaikutusten luonnollisia esikuvia, mutta ei voida sulkea pois joitain muita suuria asteroidien törmäyksiä, jotka voivat aiheuttaa samanlaisia vaikutuksia.
On myös mahdollista, että tällaisia törmäyksiä tapahtuu kaukaisessa tulevaisuudessa. Nykyisten arvioiden mukaan Marsin kuu Phobos törmää lopulta planeetan pintaan. Vaikka tämä törmäys on pieni verrattuna vaikutuksiin, jotka olisivat synnyttäneet kuut ja Kuun Maan ympärille, tämä mahdollinen törmäys on suora todiste siitä, että kuun putoaminen tapahtui menneisyydessä ja tulee olemaan myös tulevaisuudessa.
Lyhyesti sanottuna varhaisen aurinkokunnan historia oli väkivaltaista ja kataklysmistä, ja voimakkaiden törmäysten seurauksena oli paljon luomista. Kun saamme täydellisemmän kuvan siitä, kuinka nämä vaikutustapahtumat vaikuttivat maanpäällisten planeettojen kehitykseen, voimme saada uutta tietoa siitä, miten elämää kantavat planeetat muodostuivat. Tämä puolestaan voisi auttaa meitä jäljittämään tällaisia planeettoja aurinkokunnan ulkopuolisissa järjestelmissä.
Lisälukemista: arXiv