13. prosinca 1972. astronaut Apollo 17 Garisson Schmitt prišao je kamenu u moru spokoja na Mjesecu. "Ovaj balvan ima svoju malu stazu koja vodi ravno prema brdu", obavijestio je svog zapovjednika, Eugene Cernan, primjećujući gdje se gromad prije kotrljao. Cernan je uzeo nekoliko uzoraka.
"Zamislite kako bi bilo kad biste stajali ondje prije nego što se ova gromada valjala", zamišljeno je rekao Cernan. "Vjerojatno mi ne bi bilo bolje", odgovorio je Schmitt.
Astronauti su iz kamena isklesali komade mjeseca. Zatim je grabljem Schmitt otkinuo prašnjavu površinu i podigao šljunak koji će se kasnije zvati troktolit 76536.
Ta stijena i njena braća od balvana trebali su ispričati priču o našem mjesecu. U ovoj priči o stvaranju, zabilježenoj u bezbroj eksponata udžbenika i muzeja u posljednjih četrdeset godina, Mjesec se istopio iz katastrofalnog sudara klice Zemlje i čvrstog svijeta veličine Marsa. Drugi se svijet zvao Teia, po grčkoj božici koja je rodila Selenu, mjesec. Theia se toliko srušila na Zemlju da su se oba svijeta rastopila. Potoci rastaljenog materijala koje je Theia izbacila tada su se ohladile i učvrstile, tvoreći srebrnastu družinu koju svi dobro poznajemo.
No moderna mjerenja troktolita 76536 i drugih stijena s Mjeseca i Marsa dovela su u pitanje ovu teoriju. Tijekom proteklih pet godina više studija otkrilo je problem: kanonska hipoteza divovskog sudara temelji se na pretpostavkama koje ne odgovaraju dokazima. Ako je Theia pogodila Zemlju i kasnije formirala Mjesec, Mjesec mora biti izrađen od Theijinog materijala. Ali Mjesec, po tom pitanju, nije takav kao Theia - ili Mars. Do samih atoma izgleda gotovo isto kao i Zemlja.
Suočeni s ovom nedosljednošću, Mjesečevi istraživači tražili su nove ideje kako bi shvatili kako nastaje mjesec. Najočiglednije rješenje možda je najjednostavnije, ali stvara druge probleme s razumijevanjem mladog sunčevog sustava: možda je Theia formirala Mjesec, ali Theia se također sastojala od tvari koja je gotovo identična zemlji. Alternativno, postupak sudara pomiješao je sve, homogenizirajući pojedinačne komade i tekućine u kolaču, koji su potom izrezani na dijelove. U ovom slučaju, sudar je morao biti izuzetno snažan, ili ih je moralo biti nekoliko. Treće objašnjenje dovodi u pitanje naše razumijevanje planeta. Možda su Zemlja i Mjesec koji danas imamo prošli kroz čudne metamorfoze i divlje orbitalne plesove koji su radikalno promijenili svoju rotaciju i budućnost.
Promotivni video:
Loše vijesti za Teia
Da biste shvatili što se moglo dogoditi najvažnijeg dana za Zemlju, trebate započeti s razumijevanjem mladosti Sunčevog sustava. Prije četiri i pol milijarde godina Sunce je bio okružen vrućim oblakom krhotina u obliku krafne. Zvjezdani elementi vrtili su se oko našeg novorođenog sunca, hladeći se i - tijekom godina, spajajući se u proces koji ne razumijemo u potpunosti. Prvo u grozdove, zatim u planetesimal, pa u planete. Te su čvrste tvari bile krute i često se sudarale, uparavale i ponovo pojavile. Zemlju i Mjesec krivotvorili su upravo nevjerojatno tvrdi zvjezdani bilijar.
Da bismo dobili Mjesec koji danas imamo, s njegovom veličinom, rotacijom i brzinom kojom se udaljava od Zemlje, naši najbolji računalni modeli kažu da, bez obzira na Zemlju, ona mora biti nešto veličine Marsa. Sve manje ili više već bi stvorilo sustav s puno većim zamahom kao što ga promatramo. Veći projektil također bi bacio previše željeza u Zemljinu orbitu i proizveo bi mjesec puno bogatiji željezom nego što promatramo.
Prva geokemijska istraživanja troktolita 76536 i drugih stijena poduprla su ovu priču. Pokazali su da su mjesečeve stijene morale biti rođene u lunarnom okeanu magme, što bi se zauzvrat moglo pojaviti od ogromnog sudara. Troktolit je plutao u rastopljenom moru poput ledenog brijega na Antarktici. Na temelju tih fizičkih ograničenja, znanstvenici su odlučili da je Mjesec napravljen iz Theijinih ostataka. Ali postoji problem.
Vratimo se mladom Sunčevom sustavu. Dok su se kruti svjetovi sudarali i isparivali, njihov se sadržaj miješao, na kraju se slegli u odvojenim krajevima. Bliže Suncu, gdje je bilo toplije, lakši se elementi vjerojatnije zagrijavaju i bježe, ostavljajući višak teških izotopa (varijacije elemenata s dodatnim neutronima). Dalje od Sunca, stijene su mogle zadržati više vode i ostali su lakši izotopi. Stoga znanstvenik može ispitati mješavinu izotopa kako bi utvrdio u kojem se dijelu Sunčevog sustava pojavio, baš kao što naglasak izdaje domovinu osobe.
Te su razlike toliko izražene da se koriste za razvrstavanje planeta i vrsta meteorita. Mars se toliko razlikuje od Zemlje, na primjer, da se njegovi meteoriti mogu prepoznati jednostavnim mjerenjem omjera tri različita izotopa kisika.
2001. godine, koristeći napredne tehnike masene spektrometrije, švicarski su znanstvenici ponovno pregledali troktolit 76536 i druge mjesečeve uzorke. Pokazalo se da se njihovi izotopi kisika ne mogu razlikovati od onih na Zemlji. Geokemičari su od tada proučavali titan, volfram, krom, rubidij, kalij i druge ne tako obične metale na Zemlji - i svi su izgledali približno isto.
Ovo je loša vijest za Teia. Ako se Mars toliko razlikuje od Zemlje, i Theia - a samim tim i Mjesec - mora biti različita. Ako su iste, to znači da bi se mjesec trebao formirati od rastopljenih komada Zemlje. Stijene koje je prikupio Apolon, ispada, izravno će proturječiti onome što fizika inzistira.
"Kanonski model je u ozbiljnoj krizi", kaže Sarah Stewart, planetarna znanstvenica sa Sveučilišta u Kaliforniji, Davis. "Još nije u potpunosti ubijena, ali njezin je trenutni status da ne radi."
Mjesec pare
Stewart je pokušao preispitati fizička ograničenja ovog problema - potrebu za udarnim tijelom određene veličine koje se kreće specifičnom brzinom - na pozadini novih geokemijskih dokaza. Godine 2012., ona i Matiya Zhuk, koji su sada na institutu SETI, predložili su novi fizički model formiranja Mjeseca. Izjavili su da je mlada Zemlja vrti derviš, čiji je dan trajao dva do tri sata, kad ga je pogodila Theia. Sudar je proizveo disk oko Zemlje - poput Saturnovog prstena - ali to je trajalo samo 24 sata. Konačno, disk se ohladio i učvrstio u obliku mjeseca.
Superračunala nisu dovoljno moćna da u potpunosti simuliraju ovaj proces, ali pokazala su da projektil koji upada u tako brzo vrteći se svijet može srušiti dovoljno Zemlje, potpuno uništiti Theiju i odstraniti dovoljno kože s obje da bi stvorili Mjesec i Zemlju s istim izotopskim omjerima. Kao lončar na lončarskom kolu.
Međutim, da bi objašnjenje Zemlje koje se brzo okreće bilo ispravno, mora postojati nešto drugo što će usporiti brzinu rotacije planeta do današnjeg stanja. U svom radu iz 2012., Stewart i Chuck tvrdili su da bi za određene orbitalno-rezonantne interakcije Zemlja trebala prenijeti kutni zamah prema suncu. Kasnije je Jack Wisdom s Tehnološkog instituta u Massachusettsu predložio nekoliko alternativnih scenarija za vađenje zamaha zgloba iz sustava Zemlja-Mjesec.
Međutim, niti jedno objašnjenje nije bilo zadovoljavajuće. Modeli iz 2012. nikada nisu uspjeli objasniti Mjesečevu orbitu ili njezinu kemiju, kaže Stewart. I tako je prošle godine Simon Locke, student s Harvarda i tadašnji student Stuart, predstavio ažurirani model koji sugerira prethodno neviđenu planetarnu strukturu.
Prema njegovom mišljenju, svaki komad Zemlje i Teia isparava i stvara nabrekli, natečeni oblak u obliku guste krafne. Oblak se rotirao tako brzo da je dostigao točku nazvanu granicom ko-rotacije. Na ovom vanjskom rubu oblaka, isparena stijena kružila je tako brzo da je oblak poprimio novu strukturu, s debelim diskom koji je kružio unutarnjom regijom. Ono što je važno, disk nije odijeljen od središnje regije na isti način na koji su Saturnovi prstenovi.
Uvjeti u ovoj strukturi neopisivo su pakleni; nema površine, umjesto oblaka rastopljenog kamenja, pri čemu svako područje oblaka tvore kišne otopine rastopljene stijene. Mjeseci su rasli unutar ove pare, kaže Locke, prije nego što se para konačno ohladila i ostavila iza sustava Zemlja-Mjesec.
S obzirom na neobične karakteristike strukture, Locke i Stewart smatrali su da zaslužuje novo ime. Isprobali su nekoliko verzija prije dolaska u "synesty", koja koristi grčki prefiks "grijeh" što znači "zajedno", i božicu Hestiju, koja predstavlja dom, ognjište i arhitekturu. Ova riječ znači "povezana struktura", kaže Stewart.
"Ta tijela nisu ono što mislite. I ne izgledaju onako kako ste mislili da će izgledati."
U svibnju su Locke i Stewart objavili članak o fizici sinestezije; njihov rad na lunarnoj sinesteziji još nije u tijeku. Predstavili su ga na planetarnoj konferenciji i rekli da su njihove kolege zainteresirane, ali da se jedva slažu s idejom. Možda zato što sinije ostaje samo ideja; za razliku od prstenastih planeta kojih je mnogo u Sunčevom sustavu i protoplanetarnih diskova, kojih ima mnogo u svemiru, nitko nije vidio niti jednog.
Ali to je zabavan način objasniti osobitosti našeg Mjeseca kada čini se da naši modeli ne djeluju.
Deset mjeseci
Među prirodnim satelitima Sunčevog sustava, zemaljski mjesec možda je najčudesniji zbog svoje usamljenosti. Merkur i Venera nemaju prirodne satelite, dijelom i zbog blizine sunca, čiji gravitacijski učinak čini orbite satelita nestabilnima. Mars ima sićušne Phobos i Deimos, za koje neki vjeruju da su zarobljeni asteroidima; drugi govore u prilog velikim tijelima koja padaju na Mars. Plinski divovi imaju mnogo satelita, i tvrdih i mekih.
Za razliku od ovih satelita, satelit Zemlje također se ističe svojom veličinom i fizičkim stresom koji nosi. Mjesec čini manje od 1% Zemlje po masi, a ukupna masa satelita vanjskih planeta je manja od 1/10 posto njihovih roditelja. Još važnije, Mjesec čini 80% zamaha Zemljinog sustava -
Mjesec. Drugim riječima, Mjesec je odgovoran za 80% pokreta sustava u cjelini. Za vanjske planete ta vrijednost je manja od 1%.
Možda Luna nije uvijek nosila sav taj teret. Lice satelita pokazuje dokaze teškog bombardiranja; zašto bismo onda pretpostavili da je samo jedan udarac oblikovao mjesec iz zemlje? Mjesec se možda stvorio tijekom mnogih sudara, kaže Raluka Rufu, planetarni znanstvenik iz istraživačkog instituta Weizman u Izraelu.
U radu objavljenom prošle zime tvrdila je da Zemljin satelit možda nije originalan. Umjesto toga, postala je zbirka od tisuća komada - barem deset, na temelju njezinih izračuna. Projektili su leteli pod različitim kutom i različitim brzinama do Zemlje i tvore diskove koji su se spojili u "krhotine mjeseca", na kraju zaslijepivši mjesec kakav danas poznajemo.
Planetarni znanstvenici primijetili su njezin rad. Robin Canup, lunarni znanstvenik s Instituta za istraživanje jugozapada i stručnjak za teorije lunarne tvorbe, kaže da teorija vrijedi razmotriti. Međutim, potrebno je još istraživanja. Rufu nije siguran je li se krhotina kretala u istom smjeru, baš kao što i mjesec stalno gleda u istom smjeru. Ako je tako, kako su se oni uopće mogli spojiti? To ostaje za vidjeti.
U međuvremenu, drugi su se okrenuli drugom obrazloženju sličnosti Zemlje i Mjeseca, što bi moglo imati vrlo jednostavan odgovor. Od sinteze do lunarnih pojaseva, novi modeli fizike - i nova fizika - mogu biti kontroverzni. Možda je Mjesec sličan Zemlji samo zato što je Theia bila slična.
Isti
Mjesec nije jedina "zemaljska" stvar u Sunčevom sustavu. Stijene poput troktolita 76536 imaju isti omjer izotopskog kisika kao zemaljske stijene, kao i skupine asteroida - enstatitni hondriti. Izotopi kisika ovih asteroida slični su onima na Zemlji, kaže Miriam Telus, kozmokemičarka koja proučava meteorite u Carnegie instituciji u Washingtonu. "Jedan od argumenata je da su se formirali u vrućim dijelovima diska koji bi mogli biti bliže suncu", kaže ona. Možda su se formirale u blizini Zemlje.
Neke od ovih stijena zajedno su tvorile Zemlju; drugi su formirali Theiju. Enstatitni hondriti su zaostale stijene koje se nikada nisu sakupljale ili bile dovoljno velike da formiraju plaste, jezgre i potpuno formirane planete.
U siječnju, Nicholas Daufas, geofizičar sa Sveučilišta u Chicagu, izjavio je da su većina stijena koje su postale Zemlja meteoriti određenog tipa. Ustvrdio je da će se sve što se formira u jednoj regiji prikupiti od njih. Planetarna konstrukcija odvijala se pomoću istih miješanih materijala koje sada nalazimo na Zemlji i Mjesecu; izgledaju isto jer su iste. Divovsko tijelo koje je tvorilo Mjesec vjerojatno je imalo izotopski sastav sličan onome na Zemlji.
David Stevenson, planetarni znanstvenik Kalifornijskog instituta za tehnologiju, koji je proučavao porijeklo Mjeseca od kada je Teijina hipoteza prvi put predstavljena 1974., kaže da ovaj rad smatra najvažnijim doprinosom kontroverzi u posljednjih godinu dana. Jer se usredotočuje na problem koji geohemičari pokušavaju riješiti desetljećima.
"Ovo je pametna priča o tome kako različite elemente koji čine Zemlju treba gledati", kaže Stevenson.
No, ne slažu se svi. Ostaju pitanja o izotopskim omjerima elemenata poput volframa, napominje Stewart. Volfram-182 potječe od hafnija-182, tako da odnos volframa i hafnija djeluje poput sata kako bi se utvrdila starost određene stijene. Ako jedna stijena ima više volframa-182 od druge, sa sigurnošću možete reći da je stijena bogata volframom ranije nastala. Ali najtačnija mjerenja pokazuju da su omjeri volframa i hafnija isti za Zemlju i Mjesec. Dva tijela su morala biti u posebnim uvjetima da bi se to dogodilo.
Na temelju materijala iz Quanta
Ilya Khel
