Månens opprinnelse -Origin of the Moon

Månen har kraftig krater på den andre siden

Månens opprinnelse forklares vanligvis ved at et legeme på størrelse med Mars treffer Jorden og lager en avfallsring som til slutt samlet seg inn i en enkelt naturlig satellitt , Månen , men det er en rekke variasjoner på denne hypotesen om gigantiske virkninger , også som alternative forklaringer, og forskningen fortsetter på hvordan Månen ble dannet. Andre foreslåtte scenarier inkluderer fanget kropp, fisjon, dannet sammen (kondensasjonsteori, synestia ), planetesimale kollisjoner (dannet fra asteroidelignende kropper) og kollisjonsteorier.

Standard hypotesen om gigantiske virkninger antyder at et legeme på størrelse med Mars, kalt Theia , påvirket proto-jorden og skapte en stor ring rundt jorden, som deretter samlet seg for å danne månen. Denne kollisjonen resulterte også i jordens 23,5° skråakse , og forårsaket dermed årstidene . Månens oksygenisotopforhold ser ut til å være i hovedsak identiske med jordens. Oksygenisotopforhold, som kan måles veldig nøyaktig, gir en unik og distinkt signatur for hvert solsystemlegeme . Hvis Theia hadde vært en egen protoplanet , ville den sannsynligvis ha hatt en annen isotopisk oksygensignatur enn proto-jorden, og det samme ville det utkastede blandede materialet. Også månens titanisotopforhold ( 50 Ti / 47 Ti ) ser ut til å være så nær jordens (innenfor 4 deler per million) at lite eller noe av det kolliderende legemets masse sannsynligvis kunne ha vært en del av månen.

Formasjon

Hovedartikkel: Giant impact hypothesis

"En av utfordringene til den langvarige teorien om kollisjonen, er at et påvirkningslegeme på størrelse med Mars, hvis sammensetning sannsynligvis ville ha vært vesentlig forskjellig fra jordens, sannsynligvis ville ha forlatt Jorden og månen med forskjellige kjemiske sammensetninger, som de er ikke."

– NASA

Måneprøve 61016, bedre kjent som " Big Muley "

Noen teorier har blitt uttalt som antar at protojorden ikke hadde noen store måner tidlig i dannelsen av solsystemet, for 4,425 milliarder år siden, mens Jorden i utgangspunktet var stein og lava. Theia , en tidlig protoplanet på størrelse med Mars, traff jorden på en slik måte at den kastet ut en betydelig mengde materiale bort fra jorden. En del av disse utkastene rømte ut i verdensrommet, men resten konsoliderte seg til et enkelt sfærisk legeme i bane rundt jorden og skapte månen.

Hypotesen krever en kollisjon mellom en proto-jord som er omtrent 90 % av diameteren til den nåværende jorden, og en annen kropp med diameteren til Mars (halvparten av den terrestriske diameteren og en tiendedel av dens masse). Sistnevnte har noen ganger blitt referert til som Theia , navnet på moren til Selene , månegudinnen i gresk mytologi . Dette størrelsesforholdet er nødvendig for at det resulterende systemet skal ha tilstrekkelig vinkelmoment til å matche gjeldende orbitalkonfigurasjon. Et slikt støt ville ha satt nok materiale i bane rundt jorden til å ha samlet seg til slutt for å danne Månen.

Datasimuleringer viser et behov for et blikkslag, som får en del av kollideren til å danne en lang arm av materiale som deretter skjæres av. Den asymmetriske formen til jorden etter kollisjonen får da dette materialet til å sette seg i en bane rundt hovedmassen. Energien involvert i denne kollisjonen er imponerende: muligens billioner av tonn materiale ville blitt fordampet og smeltet. I deler av jorden ville temperaturen ha steget til 10 000 °C (18 000 °F).

Månens relativt lille jernkjerne (sammenlignet med andre steinete planeter og måner i solsystemet) forklares ved at Theias kjerne stort sett smelter sammen med jordens. Mangelen på flyktige stoffer i måneprøvene forklares også delvis av energien til kollisjonen. Energien som ble frigjort under reakkresjonen av materiale i bane rundt jorden ville vært tilstrekkelig til å smelte en stor del av månen, noe som førte til generering av et magmahav .

Den nydannede månen gikk i bane rundt en tidel av avstanden den gjør i dag, og spiralerte utover på grunn av tidevannsfriksjon som overfører vinkelmomentum fra rotasjonene til begge legemer til månens orbitale bevegelse. Underveis ble månens rotasjon tidevannslåst til jorden, slik at den ene siden av månen hele tiden vender mot jorden. Månen ville også ha kollidert med og innlemmet alle små eksisterende satellitter på jorden, som ville ha delt jordens sammensetning, inkludert isotopiske overflod. Månens geologi har siden vært mer uavhengig av jorden.

En studie fra 2012 om uttømming av sinkisotoper på Månen fant bevis for flyktig uttømming i samsvar med opprinnelsen til gigantiske støt for Jorden og Månen. I 2013 ble det utgitt en studie som indikerte at vann i månemagma ikke kan skilles fra det i karbonholdige kondritter og nesten det samme som jordens i isotopsammensetning .

Derivater av hypotesen

Selv om hypotesen om gigantisk innvirkning forklarer mange aspekter av jord-måne-systemet, er det fortsatt noen få uløste problemer, for eksempel at Månens flyktige elementer ikke er så utarmet som forventet fra et slikt energisk innslag.

Et annet problem er måne- og jordisotopsammenlikninger. I 2001 ble den mest nøyaktige målingen til nå av de isotopiske signaturene til månebergarter publisert. Overraskende nok hadde Apollo - måneprøvene en isotopsignatur som var identisk med jordbergarter, men forskjellig fra andre solsystemlegemer. Fordi det meste av materialet som gikk i bane for å danne Månen ble antatt å komme fra Theia, var denne observasjonen uventet. I 2007 viste forskere fra Caltech at sannsynligheten for at Theia har en identisk isotopsignatur som jorden er svært liten (mindre enn 1 prosent sjanse). Publisert i 2012, viste en analyse av titan-isotoper i Apollo-måneprøver at månen har samme sammensetning som jorden, som er i konflikt med månen som dannes langt fra jordens bane.

Sammenslåing av to planeter

For å hjelpe til med å løse disse problemene, antyder en ny teori publisert i 2012 at to kropper - hver fem ganger så stor som Mars - kolliderte, deretter kolliderte igjen, og dannet en stor skive av blandet rusk som til slutt dannet Jorden og Månen. Oppgaven ble kalt "Forming a Moon with a Earth-like composities via a Giant Impact", av R. M. Canup.

Umiddelbar opprinnelse til Månen som en satellitt etter sammenstøt

Simulering av dannelsen av månen forårsaket av et gigantisk nedslag.

Tradisjonelt antas månen å ha smeltet sammen fra ruskene som ble kastet ut av et gigantisk støt på den tidlige jorden. Imidlertid sliter slike modeller med å forklare de lignende isotopiske sammensetningene av jord- og månebergarter samtidig som systemets vinkelmomentum, og detaljene i potensielle påvirkningsscenarier diskuteres heftig. Over en høy oppløsningsterskel for simuleringer, finner en studie publisert i 2022 at gigantiske nedslag umiddelbart kan plassere en satellitt med lignende masse og jerninnhold som Månen i bane langt utenfor jordens Roche-grense . Selv satellitter som i utgangspunktet passerer innenfor Roche-grensen, kan pålitelig og forutsigbart overleve, ved å bli delvis strippet og deretter trukket inn i bredere, stabile baner. Videre er de ytre lagene til disse direkte dannede satellittene smeltet over kjøligere interiører og er sammensatt av rundt 60 % proto-jordmateriale. Dette kan lindre spenningen mellom Månens jordlignende isotopsammensetning og den forskjellige signaturen som forventes for slaglegemet. Umiddelbar dannelse åpner for nye muligheter for Månens tidlige bane og evolusjon, inkludert muligheten for en svært skråstilt bane for å forklare månens helning, og tilbyr et enklere ett-trinns scenario for Månens opprinnelse.

Flere påvirkninger

I 2004 foreslo astrofysiker Nikolai Gorkavyi en ny modell (modell med flere store asteroider). I 2013 ble modellen støttet av en gruppe russiske astronomer og senere, i 2017, av planetariske forskere ved Weizmann Institute of Science i Rehovot, Israel. Generelt sett antyder hovedideen til modellen at Månen ble dannet som et resultat av et voldsomt regn av store asteroider (1–100 km) som gjentatte ganger hamret den nye jorden over millioner av år. En rekke mindre nedslag, som sannsynligvis var mer vanlig i det tidlige solsystemet, kunne sprenge nok jordsteiner og skitt i bane til å danne en protosatellittskive som senere formes til en liten måne. Ettersom gjentatte påvirkninger skapte flere kuler med rusk, kunne månebladene over tid smelte sammen til en stor måne.

Synestia hypotese

I 2018 utviklet forskere ved Harvard og UC Davis datamodeller som viser at et mulig utfall av en planetarisk kollisjon er at den skaper en synestia , en masse av fordampet stein og metall som danner en bikonkav skive som strekker seg utover månebanen. Synestiaen vil til slutt krympe og avkjøles for å samle satellitten og reformere den påvirkede planeten.


Månen – Oceanus Procellarum ("Stormenes hav")
Gamle riftdaler – rektangulær struktur (synlig – topografi – GRAL gravitasjonsgradienter ) (1. oktober 2014).
Gamle riftdaler – kontekst.
Gamle riftdaler – nærbilde (kunstnerens konsept).

Andre hypoteser

Tetthet
Kropp Tetthet
g/cm 3
Merkur 5.4
Venus 5.2
Jord 5.5
Måne 3.3

Fangst

Denne hypotesen sier at månen ble fanget av jorden. Denne modellen var populær frem til 1980-tallet, og noen punkter i dens favør er Månens størrelse, bane og tidevannslåsing.

Et problem er å forstå fangstmekanismen. Et nært møte mellom to planetariske kropper resulterer vanligvis i enten kollisjon eller endrede baner. For at denne hypotesen skulle fungere, kan det ha vært en stor atmosfære rundt den primitive jorden, som ville bremse månens bevegelse ved aerobremsing før den kunne rømme. Den hypotesen kan også forklare de uregelmessige satellittbanene til Jupiter og Saturn . Imidlertid forklarer denne hypotesen ikke de i det vesentlige identiske oksygenisotopforholdene til de to kroppene tilstrekkelig.

Jorden og månen i skala, 500 km per piksel

Fisjon

Dette er den nå diskrediterte hypotesen om at en eldgammel, raskt roterende jord drev ut et stykke av massen. Dette ble foreslått av George Darwin (sønn av den berømte biologen Charles Darwin ) i 1879 og beholdt en viss popularitet til Apollo. Den østerrikske geologen Otto Ampferer i 1925 foreslo også månens fremkomst som årsak til kontinentaldrift .

Det ble foreslått at Stillehavet representerte arret til denne hendelsen. I dag er det kjent at havskorpen som utgjør dette havbassenget er relativt ung, omtrent 200 millioner år gammel eller mindre, mens månen er mye eldre. Månen består ikke av oseanisk skorpe, men av mantelmateriale, som har sin opprinnelse inne i proto-jorden i prekambrium.

Thoriumkonsentrasjoner på månen, kartlagt av Lunar Prospector

Akkresjon

Hypotesen om akkresjon antyder at jorden og månen dannet seg sammen som et dobbeltsystem fra den opprinnelige akkresjonsskiven til solsystemet eller til og med et sort hull . Problemet med denne hypotesen er at den ikke forklarer vinkelmomentet til jord-månesystemet eller hvorfor månen har en relativt liten jernkjerne sammenlignet med jorden (25 % av radiusen sammenlignet med 50 % for jorden).

Atomeksplosjon

De nederlandske forskere Rob de Meijer og Wim van Westrenen antydet i 2010 at månen kan ha dannet seg fra en atomeksplosjon forårsaket av sentrifugalkraften til en tidligere, spinnende proto-jord. Sentrifugalkraften ville ha konsentrert tunge elementer som thorium og uran på ekvatorialplanet og ved grensen mellom jordens ytre kjerne og mantel . Hvis konsentrasjonene av disse radioaktive grunnstoffene var høye nok, kunne dette ha ført til en kjernefysisk kjedereaksjon som ble superkritisk, og forårsaket en kjernefysisk eksplosjon som sendte Månen ut i bane. Denne naturlige kjernefysiske fisjonsreaktoren har blitt observert på jorden i mye mindre skala.

Ytterligere teorier og studier

Evolution of the Moon -video av NASA rundt 2012.

2011

I 2011 ble det teoretisert at en andre måne eksisterte for 4,5 milliarder år siden, og senere hadde en innvirkning på månen, som en del av akkresjonsprosessen i dannelsen av månen.

2013

En hypotese, presentert bare som en mulighet, var at Jorden fanget Månen fra Venus.

2017

Uran-bly-datering av Apollo 14 zirkonfragmenter viser at månens alder er omtrent 4,51 milliarder år.

2020

Et team av forskere av Miniature Radio Frequency (Mini-RF) instrumentet på NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) romfartøy konkluderte med at Månens undergrunn kan være rikere på metaller, som jern og titan, mer enn forskerne hadde trodd.

I juli 2020 rapporterte forskere at Månen dannet 4,425 ± 0,025 bya, omtrent 85 millioner år tidligere enn antatt, og at den var vert for et hav av magma i vesentlig lengre tid enn tidligere antatt (i ~200 millioner år).

Se også

Referanser

Eksterne linker