Pe 13 decembrie 1972, astronautul Apollo 17, Garisson Schmitt, s-a apropiat de un bolovan din Marea Tranzacției pe Lună. „Acest bolovan are propriul său mic drum care duce direct spre deal”, l-a informat comandantul său, Eugeniu Cernan, observând unde se afla bolovanul înainte să se rostogolească pe deal. Cernan a luat niște probe.
- Imaginează-ți cum ar fi fost dacă ai fi stat acolo înainte ca acest bolovan să se rostogolească, spuse Cernan gânditor. - Probabil că nu m-aș descurca mai bine, a răspuns Schmitt.
Astronauții au sculptat bucăți de lună de pe bolovan. Apoi, folosind un greblat, Schmitt a răzuit suprafața prăfuită și a ridicat un pietricel care mai târziu va fi numit troctolit 76536.
Acea stâncă și frații ei bolovani trebuiau să spună povestea cum a ajuns luna noastră. În această poveste de creație, înregistrată în nenumărate manuale și exponate ale muzeului de știință în ultimii patruzeci de ani, Luna a fost topită dintr-o coliziune catastrofică între un pământ germinativ și o lume solidă de dimensiunea lui Marte. Cealaltă lume se numea Teia, după zeița greacă care a născut Selene, luna. Theia s-a prăbușit pe Pământ atât de tare încât ambele lumi s-au topit. Fluxurile de material topit aruncate de Theia apoi s-au răcit și s-au solidificat, formând tovarășul argintiu pe care îl cunoaștem bine cu toții.
Dar măsurătorile moderne ale troctolitului 76536 și ale altor roci de pe Lună și Marte au pus sub semnul întrebării această teorie. În ultimii cinci ani, studii multiple au descoperit o problemă: ipoteza coliziunii gigantice canonice se bazează pe presupuneri care nu corespund dovezilor. Dacă Theia a lovit Pământul și ulterior a format Luna, Luna trebuie să fie făcută din materialul Theiei. Dar Luna nu este ca Theia - sau Marte, pentru asta. Spre foarte mulți atomi, arată aproape la fel ca Pământul.
Față de această inconsecvență, exploratorii lunari au căutat idei noi pentru a înțelege cum a ajuns luna. Soluția cea mai evidentă poate fi cea mai simplă, dar dă naștere altor probleme de înțelegere a sistemului solar tânăr: poate Theia a format Luna, dar Theia a constat, de asemenea, dintr-o substanță aproape identică cu pământul. În mod alternativ, procesul de coliziune a amestecat totul, omogenizând bucățile individuale și lichidele din tort, care a fost apoi tăiat în porții. În acest caz, ciocnirea trebuia să fie extrem de puternică sau au trebuit să existe mai multe dintre ele. A treia explicație pune la îndoială înțelegerea noastră despre planete. S-ar putea ca Pământul și Luna pe care le avem astăzi să fi trecut prin metamorfoze ciudate și dansuri orbitale sălbatice care și-au schimbat radical rotația și viitorul.
Video promotional:
Vești proaste pentru Teia
Pentru a înțelege ce s-ar fi putut întâmpla în cea mai importantă zi pentru Pământ, trebuie să începeți prin a înțelege tinerețea sistemului solar. În urmă cu patru miliarde de ani și jumătate, Soarele era înconjurat de un nor fierbinte de resturi în formă de gogoașă. Elementele stelare au învârtit în jurul soarelui nostru nou-născut, răcindu-se și - de-a lungul anilor - îmbinându-se împreună într-un proces pe care nu îl înțelegem pe deplin. Mai întâi în grupuri, apoi în planetesimale, apoi în planete. Aceste solide erau rigide și adesea se ciocneau, se evaporau și reapăreau. În acest biliard stelar incredibil de greu, Pământul și Luna au fost falsificate.
Pentru a obține Luna pe care o avem astăzi, cu dimensiunea, rotația și viteza cu care se îndepărtează de Pământ, cele mai bune modele noastre de calculatoare spun că, cu orice Pământ se ciocnește, trebuie să fie ceva de dimensiunea lui Marte. Orice ceva mai mult sau mai puțin ar produce deja un sistem cu un moment unghiular mult mai mare decât observăm. Un proiectil mai mare ar arunca, de asemenea, prea mult fier pe orbita Pământului și ar produce o lună mult mai bogată în fier decât observăm.
Primele studii geochimice ale troctolitei 76536 și ale altor roci au susținut această poveste. Ei au arătat că rocile lunare trebuie să se fi născut într-un ocean lunar de magmă, care, la rândul său, ar putea apărea dintr-o coliziune uriașă. Troctolitul plutea în marea topită ca un aisberg în Antarctica. Pe baza acestor limitări fizice, oamenii de știință au decis că Luna a fost făcută din rămășițele Theiei. Dar există o problemă.
Să revenim la sistemul solar tânăr. Pe măsură ce lumile solide s-au ciocnit și s-au evaporat, conținutul lor s-a amestecat, în cele din urmă stabilindu-se în regiuni separate. Mai aproape de Soare, unde era mai cald, elementele mai ușoare aveau mai multe șanse să se încălzească și să scape, lăsând un exces de izotopi grei (variații ale elementelor cu neutroni în plus). Mai departe de Soare, rocile au putut să țină mai multă apă și au rămas izotopi mai ușori. Prin urmare, un om de știință poate examina un amestec de izotopi pentru a determina în ce parte a sistemului solar a apărut, la fel cum un accent trădează patria unei persoane.
Aceste diferențe sunt atât de pronunțate încât sunt folosite pentru clasificarea planetelor și tipurilor de meteoriți. Marte este atât de diferit de Pământ, de exemplu, încât meteoritele sale pot fi identificate prin simpla măsurare a raportului dintre trei izotopi de oxigen diferiți.
În 2001, folosind tehnici avansate de spectrometrie de masă, oamenii de știință elvețieni au reexaminat troctolitul 76536 și alte probe lunare. S-a dovedit că izotopii lor de oxigen sunt indistinguibili față de cei de pe Pământ. De atunci, geochimiștii au studiat titanul, tungstenul, cromul, rubidiul, potasiul și alte metale nu atât de obișnuite de pe Pământ - și toate arătau la fel.
Aceasta este o veste proastă pentru Teia. Dacă Marte este atât de diferit de Pământ, Theia - și deci Luna - trebuie să fie și ea diferită. Dacă sunt aceleași, înseamnă că luna ar fi trebuit să se formeze din bucăți topite ale Pământului. Se pare că rocile colectate de Apollo vor contrazice în mod direct ceea ce insista fizica.
"Modelul Canonic este în criză gravă", spune Sarah Stewart, un om de știință planetar de la Universitatea din California, Davis. "Încă nu a fost ucisă complet, dar starea ei actuală este că nu funcționează."
Luna de aburi
Stewart a încercat să regândească limitările fizice ale acestei probleme - necesitatea unui corp de impact cu dimensiuni specifice care să se miște cu o viteză specifică - pe fundalul noilor dovezi geochimice. În 2012, ea și Matiya Zhuk, acum la Institutul SETI, au propus un nou model fizic pentru formarea lunii. Aceștia au declarat că tânărul Pământ era un dervis învârtit, a cărui zi a durat două-trei ore, când a fost lovită de Theia. Coliziunea a produs un disc în jurul Pământului - ca inelul lui Saturn - dar care a durat doar 24 de ore. În cele din urmă, discul s-a răcit și s-a solidificat pentru a forma luna.
Supercomputerele nu sunt suficient de puternice pentru a simula pe deplin acest proces, dar au arătat că un proiectil care se prăbușește într-o lume atât de învârtită poate să forțeze destul de mult Pământul, să distrugă complet Theia și să răzuie suficientă piele din ambele pentru a crea o Lună și Pământ cu aceleași raporturi izotopice. Ca un olar pe roata unui olar.
Pentru ca explicația Pământului să se rotească rapid să fie corectă, totuși, trebuie să existe altceva care încetinește rata de rotație a planetei până la starea sa actuală. În lucrarea lor din 2012, Stewart și Chuck au argumentat că, pentru anumite interacțiuni orbital-rezonante, Pământul ar fi trebuit să transfere un moment unghiular la soare. Ulterior, Jack Wisdom de la Massachusetts Institute of Technology a propus mai multe scenarii alternative pentru extragerea momentului unghiular din sistemul Pământ-Lună.
Cu toate acestea, niciuna dintre explicații nu a fost satisfăcătoare. Modelele din 2012 nu au reușit niciodată să explice orbita Lunii sau chimia sa, spune Stewart. Și astfel, anul trecut, Simon Locke, absolvent la Harvard și student la Stuart, a prezentat un model actualizat care sugera o structură planetară nevăzută anterior.
În opinia sa, fiecare bucată de Pământ și Teia s-a evaporat și au format un nor umflat, umflat, sub formă de gogoașă groasă. Norul s-a rotit atât de repede încât a atins un punct numit limita de rotație. La această margine exterioară a norului, roca evaporată a înconjurat atât de repede încât norul a luat o nouă structură, cu un disc gros care înconjoară regiunea interioară. Important, discul nu a fost separat de regiunea centrală în același mod în care sunt inelele lui Saturn.
Condițiile din această structură sunt de nedescris; nu există suprafață, în schimb nori de rocă topită, fiecare zonă a norului formând picături de stâncă topite. Lunile au crescut în interiorul acestor vapori, spune Locke, înainte ca vaporii să se răcească în cele din urmă și să rămână în urma sistemului Pământ-Lună.
Având în vedere caracteristicile neobișnuite ale structurii, Locke și Stewart au considerat că merită un nou nume. Au încercat mai multe versiuni înainte de a ajunge la „sinestezie”, care folosește prefixul grec „păcat” însemnând „împreună”, și zeița Hestia, care reprezintă casa, vatra și arhitectura. Acest cuvânt înseamnă „structură legată”, spune Stewart.
„Aceste corpuri nu sunt ceea ce credeți. Și nu arată așa cum ai crezut că ar arăta."
În mai, Locke și Stewart au publicat o lucrare despre fizica sinesteziei; munca lor asupra sinesteziei lunare este încă pendinte. Au prezentat-o la o conferință planetară și au spus că colegii lor sunt interesați, dar cu greu sunt de acord cu ideea. Poate pentru că sinestatea rămâne doar o idee; spre deosebire de planetele inelate, care sunt multe în sistemul solar, și discurile protoplanetare, care sunt multe în univers, nimeni nu a văzut niciodată unul.
Dar este o modalitate distractivă de a explica particularitățile Lunii noastre atunci când modelele noastre par să nu funcționeze.
Zece luni
Printre sateliții naturali ai sistemului solar, luna pământului poate fi cea mai uimitoare din cauza singurătății sale. Mercur și Venus nu au sateliți naturali, în parte datorită apropierii lor de soare, a căror influență gravitațională face ca orbitele sateliților să fie instabile. Marte are minusculi Phobos și Deimos, despre care unii cred că sunt prinși de asteroizi; alții vorbesc în favoarea corpurilor mari care cad pe Marte. Giganții cu gaz au mulți sateliți, atât duri cât și soft.
Spre deosebire de acești sateliți, satelitul Pământ se evidențiază, de asemenea, pentru dimensiunile sale și stresul fizic pe care îl poartă. Luna constituie mai puțin de 1% din Pământ în masă, iar masa totală a sateliților planetelor exterioare este mai mică de 1/10 la sută din părinții lor. Mai important, Luna reprezintă 80% din impulsul unghiular al sistemului Pământ -
Luna. Cu alte cuvinte, Luna este responsabilă pentru 80% din mișcarea sistemului în ansamblu. Pentru planetele exterioare, această valoare este mai mică de 1%.
Poate că Luna nu a purtat întotdeauna toată această povară. Fața satelitului arată dovezi de bombardamente grele; atunci de ce să presupunem că o singură lovitură a modelat luna din pământ? Luna poate s-a format în cursul multor coliziuni, potrivit lui Raluka Rufu, un om de știință planetar de la Institutul de Cercetări Weizman din Israel.
Într-o lucrare publicată iarna trecută, ea a susținut că satelitul Pământului ar putea să nu fie original. În schimb, a devenit o colecție de mii de piese - cel puțin zece, pe baza calculelor ei. Proiectilele au zburat în unghiuri diferite și cu viteze diferite către Pământ și au format discuri care s-au contopit în „resturi de lună”, în cele din urmă orbind luna pe care o cunoaștem astăzi.
Oamenii de știință planetari au remarcat munca ei. Robin Canup, un om de știință lunar de la Southwest Research Institute și expert în teoriile formării lunare, spune că teoria merită luată în considerare. Cu toate acestea, este nevoie de mai multe cercetări. Rufu nu este sigur dacă resturile se mișcau în aceeași direcție, la fel cum luna privește constant în aceeași direcție. Dacă da, cum s-ar fi putut fuziona deloc? Acest lucru rămâne de văzut.
Între timp, alții au apelat la o altă explicație pentru asemănările dintre Pământ și Lună, care ar putea avea un răspuns foarte simplu. De la sinestete la curele lunare, noile modele de fizică - și fizica nouă - pot fi controversate. Poate că Luna este similară cu Pământul doar pentru că Theia era similară.
La fel
Luna nu este singurul lucru „pământesc” din sistemul solar. Rocile ca troctolitul 76536 au același raport de izotopi de oxigen ca rocile terestre, precum și grupuri de asteroizi - conditite instatite. Izotopii de oxigen ai acestor asteroizi sunt similari cu cei de pe Pământ, spune Miriam Telus, un cosmochemist care studiază meteoritele la Instituția Carnegie din Washington. „Unul dintre argumente este acela că s-au format în zone fierbinți ale discului care ar putea fi mai aproape de soare”, spune ea. Este posibil să se fi format lângă Pământ.
Unele dintre aceste roci s-au reunit pentru a forma Pământul; alții au format Theia. Condritele statice sunt roci reziduale care nu au fost niciodată colectate sau crescute suficient de mari pentru a forma mantauri, miezuri și planete complet formate.
În ianuarie, Nicholas Daufas, geofizic la Universitatea din Chicago, a declarat că majoritatea rocilor care au devenit Pământ erau meteoriti de tip enstatit. El a susținut că tot ceea ce s-a format într-o singură regiune va fi colectat de la ei. Construcția planetară a avut loc folosind aceleași materiale mixte pe care le găsim acum pe Pământ și pe Lună; arata la fel pentru ca sunt la fel. Corpul uriaș care a format Luna avea probabil o compoziție izotopică similară cu cea a Pământului.
David Stevenson, un om de știință planetar al Institutului de Tehnologie din California, care a studiat originile lunii de când ipoteza Theiei a fost prezentată pentru prima dată în 1974, spune că consideră că această lucrare este cea mai importantă contribuție la controversele din ultimul an. Pentru că se concentrează pe o problemă pe care geochimiștii încearcă să o rezolve de zeci de ani.
„Aceasta este o poveste inteligentă despre modul în care ar trebui privite diferitele elemente care îl fac pe Pământ”, spune Stevenson.
Dar nu toată lumea este de acord. Rămân întrebări cu privire la raporturile izotopice ale unor elemente precum wolframul, notează Stewart. Tungsten-182 este derivat din hafnium-182, deci raportul dintre tungsten și hafnium funcționează ca un ceas pentru a determina vârsta unei roci. Dacă o rocă are mai mult tungsten-182 decât alta, puteți spune în siguranță că roca bogată în tungsten s-a format mai devreme. Însă cele mai exacte măsurători arată că raporturile dintre tungsten și hafnium sunt aceleași pentru Pământ și Lună. Două corpuri trebuiau să fie în condiții speciale pentru ca acest lucru să se întâmple.
Pe baza materialelor din Quanta
Ilya Khel
