Naturalny satelita Ziemi jest bardzo niezwykłym obiektem dla Układu Słonecznego. Niedawno naukowcy przedstawili nową teorię wyjaśniającą, w jaki sposób Księżyc znalazł się w miejscu, w którym się znajduje, wprowadzając pewne poprawki do współczesnej teorii kolizji olbrzymów. Naczelna autorka profesor Sarah Stewart z Uniwersytetu Kalifornijskiego przedstawiła zarys nowej teorii 31 października w artykule w czasopiśmie Nature.
Księżyc jest stosunkowo duży w porównaniu z planetą, wokół której się obraca. Ponadto pod względem składu chemicznego jest prawie identyczny z ziemią, z wyjątkiem niektórych lotnych związków, które wyparowały w odległej przeszłości. To właśnie odróżnia Księżyc od innych dużych obiektów w Układzie Słonecznym, wyjaśnia Sarah Stewart. Podkreśla, że każde inne ciało w Układzie Słonecznym ma inny skład chemiczny.
Tradycyjnie teoria pochodzenia księżyca, którą można przeczytać w każdym klasycznym podręczniku, jest następująca. Pod koniec okresu formowania się Układu Słonecznego rozpoczęła się faza „gigantycznej kolizji”, kiedy zderzyły się ze sobą gorące obiekty wielkości planety. Obiekt wielkości Marsa dotknął innego obiektu kosmicznego, który później przekształcił się w planetę Ziemię. W tym samym czasie część substancji została wyrzucona w przestrzeń kosmiczną - z tego kawałka powstał Księżyc. Podczas zderzenia Ziemia otrzymała znaczny wzrost prędkości obrotowej, w wyniku czego planeta wykonała jeden obrót wokół własnej osi w ciągu zaledwie 5 godzin. Na przestrzeni tysiącleci Księżyc oddalał się od Ziemi, a prędkość obrotowa planety uległa spowolnieniu, w wyniku czego dzień zaczął już trwać 24 godziny.
Teoria ta została wydedukowana przez naukowców podczas obserwacji aktualnej orbity Księżyca, związku momentu obrotowego układu Ziemia-Księżyc i sił pływowych między tymi dwoma obiektami.
Jednak ta tradycyjna teoria nie jest pozbawiona kontrowersji i otwartych pytań. Jednym z nich jest skład Księżyca, zaskakująco podobny do Ziemi. Innym jest to, że gdyby Księżyc powstał z materii krążącej wokół równika Ziemi, wówczas jego orbita musiałaby obracać się względem równika. Jednak obecna orbita Księżyca jest odchylona o pięć stopni w stosunku do równika, co oznacza, że jakaś inna energia nieuwzględniona w tej teorii powinna wpływać na ruch Księżyca.
Profesor Stewart i jej współpracownicy (Mathia Cook z US SETI Institute, Douglas Hamilton z University of Maryland i Simon Locke z Harvard University) opracowali alternatywny model wyjaśniający te niespójności w tradycyjnej teorii.
W 2012 roku Cook i Stewart zaproponowali, że część momentu obrotowego w układzie Ziemia-Księżyc może zostać przeniesiona do układu Ziemia-Słońce. Spowodowało to bardziej energiczne kolizje na początku procesu formowania się planet.
Zgodnie z nowym modelem zderzenia o dużej energii spowodowały powstanie dużej ilości odparowanej i stopionej materii, z której uformowały się Ziemia i Księżyc. W wyniku tego procesu Ziemia obracała się wokół własnej osi z dwugodzinną przerwą, a oś obrotu skierowana była w stronę Słońca.
Film promocyjny:
Ponieważ zderzenie mogło być bardziej energetyczne niż sugeruje konwencjonalna teoria, materiał z Ziemi i obiekt, który się z nim zderzył, mogą się zmieszać, a Ziemia i Księżyc powstały z tego samego materiału, a zatem ich skład chemiczny był taki sam.
Wraz ze spowolnieniem tempa obrotów z powodu sił pływowych Księżyc oddalał się od Ziemi, aż osiągnął punkt zwany „przejściem na płaszczyznę Laplace'a”, kiedy siła oddziaływania Ziemi na Księżyc stała się mniejsza niż siły grawitacyjne Słońca. Doprowadziło to do tego, że część momentu obrotowego układu Ziemia-Księżyc została przeniesiona do układu Ziemia-Słońce. Nie wpłynęło to znacząco na orbitę Ziemi wokół Słońca, ale obróciła Ziemię w pionie. W tym momencie, jak pokazuje model zbudowany przez zespół profesora Stewarta, Księżyc obracał się wokół Ziemi pod dużym kątem względem równika.
W ciągu kilkudziesięciu milionów lat Księżyc nadal powoli oddalał się od Ziemi, aż osiągnął drugi punkt przejściowy, przejście Cassiniego, po którym kąt nachylenia orbity Księżyca względem równika ziemskiego zmienił się o około pięć stopni.
Nowa teoria elegancko wyjaśnia orbitalny i skład chemiczny Księżyca na podstawie pojedynczego gigantycznego zderzenia na początku. Profesor Stewart nie wymaga żadnych dodatkowych kroków pośrednich, aby przyspieszyć ten proces.