Dlaczego sukces eksploracji Księżyca zależy bezpośrednio od „bitwy hipotez” o jej pochodzeniu
Wśród teorii o pochodzeniu Seleny od dawna toczy się poważna walka: amerykańscy naukowcy uważają, że została ona „wybita” z Ziemi przez uderzenie starożytnej martwej planety, a ich koledzy z Rosji i Izraela - że nie było eschatologicznych zderzeń planet. Sposób eksploracji Księżyca przez Ziemian zależy od tego, który z nich ma rację.
Na pierwszy rzut oka zgiełk wokół satelity Ziemi jest tajemniczy. Z jednej strony kolonizacja Księżyca nie ma sensu: jego powierzchnia (około 1/14 powierzchni Ziemi) jest w przybliżeniu równa powierzchni ziemskich tropikalnych i arktycznych pustyń; w międzyczasie nawet ziemskie pustynie opanowują się bardzo powoli, a rozwój księżyca będzie kosztował o rząd wielkości więcej. Opinia entuzjastów, że jest tam hel-3 i jest to godny powód do eksploracji Księżyca, stoi w sprzeczności ze znanym faktem: nie udało się jeszcze uzyskać korzystnej energetycznie reakcji termojądrowej nawet dla deuteru, zaś zapłon helu-3 jest o rząd wielkości cięższy i leży na zewnątrz przewidywalna przyszłość ludzkości. Z drugiej strony, jedna moc po drugiej planuje w tym roku nowe lądowania na Księżycu. Pytanie brzmi: dlaczego?
Prawidłowa odpowiedź na to pytanie jest prosta: wyścig naukowy i surowcowy miesza się z rasą prestiżu. Jeśli nieamerykańskie hipotezy o pochodzeniu ziemskiego satelity są słuszne, to jest tam dużo wody w postaci lodu wodnego, który jest dogodny do rozwoju. W obecności wody na księżycowym regolicie można uprawiać rośliny lądowe - takie eksperymenty zostały już pomyślnie przeprowadzone. Z wodą i pożywieniem, a także ze źródłem tlenu, badanie i opanowanie Księżyca będzie dużo, dużo łatwiejsze i tańsze niż w przypadku, gdy wszystko musi być przetransportowane z Ziemi. Podkreślamy, że założenie bazy nie oznacza kolonizacji. Wyspy arktyczne i Antarktyda nie mogą być gęsto zaludnione, ale są tam bazy. Są potrzebne ze względów badawczych, wojskowych i logistycznych. Księżyc ma sześć razy mniejszą grawitację niż Ziemia. Oznacza to, że łatwiej z niego (potrzeba dziesięć razy mniej paliwa) podnieść paliwo i utleniacz,pozyskiwane z tej samej wody - na przykład do tankowania statków lecących na Marsa. Ale aby zacząć planować bazy księżycowe, musisz najpierw dowiedzieć się: kto ma rację? Czy Księżyc jest naprawdę suchy?
Megawar: jak narodziła się idea zderzenia Ziemi z inną planetą
Warto przyjrzeć się układowi słonecznemu, jakim był znany w 1975 roku, kiedy Amerykanie Hartman i Davis sformułowali teorię megakzderzenia Ziemia-Theia. W tym odległym roku Charon nie został jeszcze odkryty, aw całym Układzie Słonecznym znane były dokładnie dwa rodzaje satelitów: te, które są radykalnie mniejsze od ich planet (Fobos i Deimos, satelity planet olbrzymów) oraz Księżyc. Była wówczas jedynym znanym satelitą, którego masa stanowiła ponad procent masy jej planety.
Niezwykła natura tego satelity wymagała również niekonwencjonalnej teorii jego pochodzenia, zwłaszcza że niezdarne hipotezy poprzedników, takie jak oderwanie się kawałka od Ziemi pod rzekomym działaniem jego wcześniejszego szybkiego obrotu (hipoteza Darwina, syna Karola Darwina), były nieco naiwne i łatwo obalić. Ta i podobne hipotezy słabo wyjaśniały fakt, że żelazne jądro Księżyca jest małe w porównaniu z Ziemią i nie ma w nim wody (jak sądzono wówczas).
Film promocyjny:
W rzeczywistości w tym czasie woda w skale księżycowej została już odkryta: Apollo sprowadził glebę na Ziemię, gdzie wodę znaleziono w latach 60. Ale przypisywano to zanieczyszczeniom ziemskim lub meteorytom. Bezpośrednie dowody z detektorów jonów, które wykryły wodę w pobliżu Apollo, również przypisywano zanieczyszczeniu Ziemi. W geologii księżyca uruchomiono zjawisko, które częściej przypisuje się naukom humanistycznym - naukowcy odrzucili fakty empiryczne, ponieważ nie pasowały do istniejących wówczas teorii pochodzenia Seleny: we wszystkich najpierw stopiła się, czyli musiała tracić wodę. Nauka z tamtych czasów zakładała tylko jeden wariant uderzenia wody w Księżyc - kometami. Ale w wodzie kometarnej stosunek deuteru do wodoru jest inny, aw wodzie znalezionej na Księżycu przez Amerykanów stosunek tych izotopów wodoru był taki sam jak na Ziemi. Teoria tamtych czasów na to nie pozwalała,dlaczego wszystko zostało przypisane „zanieczyszczeniu ziemi”, a Selena została uznana za całkowicie bezwodną.
Nie można jednak wyjaśnić innych cech gleby księżycowej związanej z zanieczyszczeniem ziemskim. Chodzi o mniejszą zawartość tytanu i innych relatywnie ciężkich pierwiastków.
Zderzenie Ziemi z inną planetą.
To właśnie wtedy, w 1975 roku, narodziła się hipoteza mega-uderzenia (mega-zderzenia) w USA. Według niego starożytna planeta Theia 4,5 miliarda lat temu zderzyła się z Ziemią, a supersilne uderzenie wyrzuciło w kosmos dużą ilość materiału z obu planet. Z biegiem czasu księżyc uformował się z gruzu. Ziemskiego satelity uzyskano nie „pierwotnego” (jak np. Satelity Jowisza), ale „wtórnego”, powstałego w wyniku zderzenia dużych ciał niebieskich. Usunięto pytanie, dlaczego masa Seleny jest tak duża w porównaniu z masą samej Ziemi - znacznie więcej niż w przypadku satelitów innych planet Układu Słonecznego.
Mega Uderzenie również łatwo wyjaśniło, dlaczego na Księżycu było niewiele ciężkich pierwiastków (co było prawdą) i w ogóle nie było wody (co po lotach Apollo było upartą nieznajomością faktów). Górne warstwy Ziemi zawierają kilka ciężkich pierwiastków - większość z nich zapadła się w rdzeń i dolne warstwy magmy. Kiedy planety się zderzyły, szczątki powinny wybuchnąć do tysięcy stopni. Każda woda z nich wyparowałaby i poleciała w kosmos. Kiedy ochłodzone szczątki utworzyły księżyc, powinny być już całkowicie suche.
Wygląda na to, że ktoś przeoczył
Hipoteza wyglądała dobrze przez całe trzy lata. Ale już w 1978 roku odkryto Charona, satelitę Plutona. Jeśli Księżyc jest 80 razy mniej masywny niż Ziemia, to Charon jest tylko dziewięć razy lżejszy od Plutona. Okazało się, że w wyglądzie księżyca nie ma nic wyjątkowego. Powstało naturalne pytanie: jak to możliwe, skoro zderzenie dużych planet, takich jak Theia i Ziemia, musi być rzadkim wydarzeniem?
Artystyczny widok Charona z powierzchni Plutona.
Jeszcze bardziej niewygodna była analiza skał księżycowych w laboratoriach i pierwsze dane o meteorytach obcego pochodzenia. Okazało się, że tylko Księżyc jest nie do odróżnienia izotopowo od Ziemi, a wszystkie inne planety Układu Słonecznego są wyraźnie różne. Jak to się stało, jeśli Selena rzekomo zawiera substancję innej planety - hipotetyczną starożytną Theię?
Aby wyjaśnić tę sprzeczność, zmodyfikowano hipotezę mega-szoku: uznano za miejsce narodzin Teii… orbitę Ziemi, dlatego skład izotopowy obu planet jest taki sam. Podobno powstały na nim jednocześnie dwie planety, które następnie zderzyły się. Nie było jasne, dlaczego na orbicie Ziemi pojawiły się dwie planety i jedna naraz na orbitach innych planet układu.
Geolodzy również dodali problemy. Powstało uzasadnione pytanie: jeśli mega zderzenie dwóch planet ogrzało Ziemię i jej szczątki, skąd wzięła się woda na planecie? Wszystko wskazuje na to, że powinien wyparować. Teoria mega-zderzenia stała się już niezwykle popularna, nie chcieli jej porzucić, więc wysunięto pomysł, że woda pojawiła się później na Ziemi - przyniosły ją komety, które spadały na planetę przez miliardy lat. Wkrótce jednak odkryto, że stosunek izotopów wodoru i tlenu w wodzie kometarnej bardzo różni się od tego samego stosunku w wodzie lądowej. Woda z asteroid jest bardziej podobna, ale jest jej na nich bardzo mało, to znaczy nie mogą być źródłem oceanów Ziemi.
Wreszcie w XXI wieku na Księżycu zaczęto znajdować ślady wody. A kiedy zwolennicy hipotezy mega zderzenia zasugerowali, że komety przyniosły tę wodę, holenderscy geolodzy wykazali, że skały księżycowe nie mogły powstać w obecnej postaci bez obecności wody od samego początku formowania się satelity. Sytuację pogorszyli rosyjscy astronomowie: ich zdaniem typowe zderzenie komety z Księżycem prowadzi do odlotu ponad 95% wody w kosmos.
A co najlepsze, sytuacja została odzwierciedlona w artykule z 2013 roku, z wymownym nagłówkiem „Teoria wpływu jest wyczerpana”.
Jak młot asteroidy zbudował księżyc
W 2007 roku ukazała się praca słynnego fizyka N. Gorkavy "Formacja Księżyca i binarne asteroidy", która po raz pierwszy pokazała, że mechanizm powstawania Księżyca nie jest wyjątkowy - wręcz przeciwnie, dał początek ogromnej liczbie satelitów w Układzie Słonecznym. Tylko te satelity powstały głównie na asteroidach, a nie na bardziej masywnych planetach.
Scenariusz pojawienia się zarówno satelitów asteroid, jak i Księżyca jest prosty. Już pierwsze zderzenia z asteroidami wielkości 10-1000 kilometrów tworzą pierścień wyrzuconych szczątków wokół planety, których prędkość jest większa niż pierwsza kosmiczna (to znaczy nie mogą szybko spaść). Kolejne uderzenia asteroidy gwałtownie zwiększają masę dysku - jego szczątki „przechwytują” nowe szczątki lecące z planety. Te, które leciały w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu dysku i planety, po zderzeniu z odłamkami dysku, tracą prędkość i opadają z powrotem na planetę. Te, które lecą w tym samym kierunku, w którym obracają się dysk i planeta - dołączają do dysku. Im większa masa, tym więcej gruzu wybitych przez nowe asteroidy może przechwycić. Z powodu coraz większej liczby kolizji stare odłamki w dysku tracą energię i prędkość, łatwiej im się „sklejać” po uderzeniu,bez rozpraszania po zderzeniu. Tak więc w dysku zaczyna się formować duży satelita.
W takim scenariuszu ani Ziemia, ani odrzucone szczątki nie nagrzewają się do tysięcy stopni, to znaczy woda na ziemi nie gotuje się ani w oceanach, ani jako część Księżyca. A izotopy w ich stałych skałach pokrywają się, ponieważ okazuje się, że Selene powstało głównie z gruzu ziemskiego.
Łatwo też zrozumieć pochodzenie mórz księżycowych na części Księżyca zwróconej w stronę Ziemi (około 3-4 miliardów lat temu lawa wylała się na powierzchnię Księżyca i zamarzła, utworzyła ciemne morza pokrywające 16% powierzchni Księżyca i położone po widocznej stronie Księżyca). Jeśli Księżyc „przechwyci” wszystkie szczątki wybite przez asteroidy z Ziemi, to powinien „złapać” je stroną zwróconą w stronę Ziemi. Dlatego po zacienionej stronie satelity jest znacznie mniej mórz księżycowych.
Jak to często bywa w przypadku hipotez w naszych czasach, kilka grup naukowych może dokonać tego samego odkrycia, ponieważ w recenzowanych czasopismach jest wiele artykułów i nie wszyscy naukowcy mają wystarczająco dużo czasu, aby je przeczytać. Konkluzje Gorkavy'ego zostały „odkryte na nowo” w 2014 roku przez moskiewską grupę astronomów, aw 2015 roku przez izraelską. Jak dotąd hipoteza ta nie jest akceptowana tylko w Stanach Zjednoczonych, jednak jest to tylko kwestia czasu. Sprzeczności hipotezy mega-uderzenia są nierozwiązywalne, a nowa nie wykazuje jeszcze żadnych sprzeczności z obserwowaną rzeczywistością.
Jak nowa teoria zmieni praktykę studiowania i odkrywania Księżyca
Jeśli Księżyc został utworzony z materiału ziemskiego, muszą na nim znajdować się lekkie elementy. Woda z powierzchni szybko wyparowała, ale w strefach okołobiegunowych (zwłaszcza w kraterach) nie ma słońca. Dane radarowe potwierdzają tę hipotezę. Oznacza to, że wydarzenia, które wydają się być miliardy lat temu, mają dziś żywotne znaczenie. Gdyby woda księżycowa była produktem komet, byłaby rzadka i trudno byłoby ją zachować w postaci zauważalnych ilości czystego lodu.
Wejścia do rur lawowych, wewnątrz których może znajdować się dużo lodu wodnego.
Co ważne, oprócz kraterów okołobiegunowych na planecie istnieją inne miejsca, w których możliwa jest obecność lekkich pierwiastków - rur lawowych. W warunkach słabej księżycowej grawitacji takie wulkaniczne jaskinie mają średnicę do setek metrów, a ich długość mierzy się w kilometrach. Warstwa gleby od 10 metrów całkowicie chroni wnętrze jaskiń przed promieniowaniem kosmicznym, a temperatura w nich jest zawsze stabilna. Amerykańscy badacze sugerują, że tam, podobnie jak w wielu ziemskich rurach lawowych, może znajdować się lód z czystej wody. Istnieje wiele wejść do księżycowych rur lawy (na zdjęciu powyżej). Nie ma lepszego miejsca na księżycową bazę badawczą.
Krater w morzu spokoju (Mare Tranquillitatis).
W świetle nowych danych konieczne jest eksplorowanie Księżyca nie na niskich szerokościach geograficznych, jak Amerykanie w latach 60-70, ale w zupełnie innych miejscach - bliżej biegunów. To tam, nawiasem mówiąc, łatwo się przekonać, że Hindusi i inni nowi uczestnicy księżycowego wyścigu wysyłają swoje pojazdy. Przy każdej próbie stworzenia bazy księżycowej lód wodny będzie cennym zasobem. Ponadto w bliskiej polarnej strefie Księżyca światło słoneczne świeci w niektórych miejscach przez ponad 95% czasu trwania roku. To jeszcze bardziej uprości bazowanie. Oczywiste jest, że nikt nie ogłosi fragmentów satelity jako własności państwa ziemskiego, ale podobnie jak w przypadku baz arktycznych, ten, kto jako pierwszy zdobędzie przyczółek w korzystnym miejscu, będzie miał wielkie korzyści w badaniu księżyca.
Tak więc amerykańska teoria powstania Księżyca podczas zderzenia międzyplanetarnego twierdzi, że Selena jest suchym kawałkiem kamienia, w którym jest mało wody i jest ona tylko aluwialna. Rosyjski, a później izraelski postulują, że satelita Ziemi powstał w wyniku wielu uderzeń małych asteroid i dlatego jest bogaty w wodę. Ten, kto jako pierwszy dowie się, która z teorii jest poprawna, uzyska dużą przewagę w rozwoju wód księżycowych. To ona stanie się kluczowym zasobem, bez którego ani baza księżycowa, ani szczegółowe badanie Księżyca w ogóle nie jest możliwe.