Wcześniej w tym tygodniu astrofizycy z Instytutu Geofizyki w Paryżu zaprzeczyli wersji pochodzenia księżyca, która wciąż była uważana za najbardziej prawdopodobną. Zgodnie z tą hipotezą około 4,5 miliarda lat temu wciąż bardzo młoda Ziemia zderzyła się z protoplanetą Theia, w wyniku czego powstał Księżyc. Symulacje komputerowe przeprowadzone przez specjalistów podają w wątpliwość tę wersję, a także wiele innych naszych pomysłów na temat pochodzenia ciała kosmicznego najbliżej Ziemi.
Redaktorzy MIR 24 wybrali główne wersje pochodzenia satelity i wspólnie z ekspertami rozważyli zalety i wady popularnych hipotez.
Wersja nr 1: jedno gigantyczne zderzenie
Model formowania uderzenia Księżyca pozostaje dominujący w nauce przez ostatnie trzy dekady. Astrofizycy przyjęli to niemal jednogłośnie po tym, jak moduł księżycowy Apollo 17 dostarczył na Ziemię ponad 110 kg księżycowych skał podczas ostatniego lądowania na satelicie w grudniu 1972 roku.
Analiza składu chemicznego i izotopowego gleby doprowadziła naukowców do pomysłu, że na wczesnym etapie powstawania Układu Słonecznego Ziemia mogła zderzyć się z dużym ciałem niebieskim - protoplanetą, której wymiary były współmierne do dzisiejszego Marsa, czyli około 10,7% masy Ziemi.
„Dla obu ciał niebieskich zdarzenie to było katastrofalne, a wyrzucony w wyniku tego zderzenia materiał przez wiele tysiącleci częściowo pozostawał na orbicie Ziemi, dzięki czemu w wyniku ewolucyjnej kompresji powstał ziemski satelita” - mówi doktor nauk fizycznych i matematycznych. Alexander Rodin, starszy pracownik naukowy w Instytucie Badań Kosmicznych Rosyjskiej Akademii Nauk.
Nazwy ciał niebieskich są tradycyjnie greckie, mitologiczne. Dlatego hipotetyczna protoplaneta została nazwana na cześć jednej z sióstr tytanidek Teia, która według wierzeń starożytnych Greków była matką Selene (Księżyca). Połączenie między Ziemią a satelitą okazało się tak silne, że z czasem Księżyc zaczął powodować przypływy i odpływy na Błękitnej Planecie. To z kolei stworzyło warunki na podmokłym gruncie do pojawienia się pierwszych elementów życia biologicznego (nukleotydów) z najprostszych związków azotowych, mieszaniny fosforanów i węglowodanów. Tak więc pod wpływem aktywności Księżyca i światła słonecznego powstało na powierzchni ziemi pierwsze „laboratorium” formowania przyszłego życia.
Film promocyjny:
Za teorią mega-eksplozji przemawia fakt, że jądro satelity Ziemi jest zbyt małe dla planety, która powstała jednocześnie z Ziemią (promień jądra Księżyca wynosi około 240 kilometrów). Ponadto skład Księżyca jest znacznie bardziej jednorodny niż nasza planeta. Wszystko wydawało się przekonać naukowców do tego punktu widzenia, że przyczyną narodzin księżyca była proto-piękna Teia.
Astronomowie z Paryskiego Instytutu Geofizyki byli podejrzliwi co do słuszności tak pięknej hipotezy. Zdezorientowany składem chemicznym płaszcza ziemi i gleby księżycowej. Coś tam było nie tak. W rezultacie paryscy astronomowie rozpoczęli wieloletni eksperyment, który właśnie się zakończył. Podczas tego eksperymentu przeprowadzili 1,7 miliarda symulacji komputerowych zderzenia Ziemi i Theii i odkryli, że masa hipotetycznego ciała niebieskiego, z którym zderzyła się Ziemia, nie może przekraczać 15% masy naszej planety.
W przeciwnym razie płaszcz Ziemi zawierałby wielokrotnie więcej niklu i kobaltu, a lekkie izotopy pierwiastków promieniotwórczych, które są w nim obecne, na przykład izotop helu-3, już dawno wyparowałyby z księżycowej gleby.
Wersja nr 2: teoria wielokrotnych bombardowań
„Najnowsze francuskie badania potwierdzają przypuszczenie, że zderzenie to nie było jedno - było ich wiele” - wyjaśnia dr Rodin. „Przyszły materiał do powstania satelity gromadził się na orbicie Ziemi przez miliony lat, a same bombowce były znacznie mniejsze niż hipotetyczna Theia”. …
Jednak zdaniem naukowca odkrycie to nie spowodowało epokowej rewolucji. W ostatnich dziesięcioleciach Księżyc pozostał nie tylko najlepiej zbadanym, ale także najaktywniej badanym obiektem w Układzie Słonecznym. Każdego roku naukowcy otrzymują do dyspozycji coraz więcej nowych danych, które obalają jedną lub drugą z istniejących hipotez.
„Symulacje komputerowe pomagają nam jedynie symulować określone warunki. Meteorolodzy pracują mniej więcej w ten sam sposób, określając pogodę na najbliższą przyszłość. Ale doskonale zdajemy sobie sprawę, że nawet prognoza na jutro może być błędna. Co możemy powiedzieć o takich globalnych wydarzeniach, jak narodziny żywej materii, powstanie Księżyca czy Ziemi”- zauważył naukowiec.
Doktor nauk fizycznych i matematycznych, kierownik wydziału badań Księżyca i planet w Instytucie im. P. K. Sternberg Moscow State University Vladimir Shevchenko. Według niego francuscy astrofizycy o kilka lat wyprzedzili rosyjskiego naukowca, dyrektora Instytutu Geochemii V. I. Vernadsky'ego, Erica Galimova, który przeanalizował hipotezę protoplanety Teil i był jednym z pierwszych w światowej nauce, który był w stanie rozsądnie ją obalić. To prawda, czysto teoretycznie. Teraz jego teoria otrzymała eksperymentalne potwierdzenie.
Wersja numer 3: hipoteza „siostrzana”
Hipoteza, do której skłonnych jest dziś wielu rosyjskich naukowców, brzmi następująco: Księżyc i Ziemia powstały stosunkowo jednocześnie z jednej chmury gazu i pyłu. Stało się to około 4,5 miliarda lat temu, co potwierdzają dane z datowania radioizotopowego próbek meteorytów, tak zwanych chondrytów.
Zarodek Ziemi przyciągnął maksymalną liczbę cząstek w strefie ich dostępności, az pozostałych fragmentów na orbicie powstał satelita o mniejszych rozmiarach, ale o podobnym składzie chemicznym.
„Ta teoria usuwa wątpliwe pytania dotyczące parametrów geochemicznych gleby księżycowej” - wyjaśnia Władimir Szewczenko. - Gdyby doszło do mega-zderzenia, Księżyc musiałby zawierać tę samą substancję, z której obecnie składała się Ziemia, i byłby znacznie bardziej podobny do Ziemi niż obecnie”- podsumowuje profesor.
To prawda, że tak piękna hipoteza o wspólnej chmurze przodków niewiele wyjaśnia. Na przykład, dlaczego księżycowa orbita nie leży w płaszczyźnie równika Ziemi i dlaczego jej rdzeń żelazowo-niklowy uformował się tak miniaturowo w porównaniu z naszym.
Wersja numer 4: hipoteza o niewoli planety lub „małżeńskiej”
Jedną z najciekawszych hipotez, mającą najmniej dowodów, jest hipoteza, że Księżyc został pierwotnie uformowany jako niezależna planeta w Układzie Słonecznym. W wyniku odchylenia ciała niebieskiego od orbity (tzw. Perturbacji) planeta, że tak powiem, „straciła swój bieg” i weszła na eliptyczną orbitę przecinającą się z Ziemią. Podczas jednego z podejść Księżyc wpadł w pole ziemskiej grawitacji i zamienił się w swojego satelitę.
Amerykańscy astronomowie pod przywództwem Thomasa Jacksona C. nie byli zainteresowani tą teorią bynajmniej z powodów akademickich. Faktem jest, że legendy starożytnych afrykańskich ludzi Dogonów opowiadały o czasach, kiedy na nocnym niebie nie było drugiej gwiazdy - Księżyca.
Pomimo tego, że teoria ta nie mieściła się w akademickich hipotezach „Wielkiej Trójki” na temat pochodzenia satelity, została poważnie przedyskutowana przez grupę naukowców pod kierownictwem Siergieja Pawłowicza Korolewa podczas projektowania zejścia automatycznej stacji.
Naukowcy musieli „na ślepo” zdecydować, jak powstał księżyc. Sukces lądowania stacji zależał od ich wniosków. Wszakże gdyby Księżyc krążył wokół Ziemi przez miliardy lat, bez gęstej atmosfery na swojej powierzchni, to powinna się zgromadzić wielometrowa warstwa pyłu spadająca z kosmosu. Gdyby tak było, stacja, która miała wylądować na firmamencie Księżyca, po prostu by utonęła.
Naukowcom wyraźnie spodobało się założenie, że Księżyc został przechwycony przez Ziemię stosunkowo niedawno. W takim przypadku jego powierzchnia powinna być nadal solidna. Dlatego aparat do lądowania zdecydował się oprzeć na tym scenariuszu.
To prawda, że ta teoria ma więcej sprzeczności niż inne wersje pochodzenia satelity. Na przykład, dlaczego izotopy tlenu na Księżycu i Ziemi mają taką tożsamość? Albo dlaczego Księżyc obraca się w tym samym kierunku co Ziemia, podczas gdy księżyce uchwycone przez Jowisza - Io, Europę, Ganimedes i Kallisto - obracają się w kierunku wstecznym, to znaczy w kierunku przeciwnym do Jowisza.
Tak czy inaczej, nawet hipotezy stosunkowo „składalne” i „atrakcyjne” nie dają dokładnego opisu tego, jak dokładnie nocna gwiazda pojawiła się na horyzoncie Ziemi. Jednak takie niespójności obserwuje się przy opisywaniu dowolnego innego zjawiska fizycznego tej skali, zauważa Alexander Rodin. Każde nowe odkrycie, nawet dokonane w warunkach ziemskich, może w każdej chwili podważyć każdą hipotezę „ugruntowaną” w nauce. Nawet o pochodzeniu Ziemi - nie tak jak jej satelita.
Nadieżda Sereżkina