На 13 декември 1972 г. астронавтът на Аполон 17 Гарисън Шмит се приближи до един камък в Морето на спокойствието на Луната. „Този камък има своя малка пътечка, водеща право към хълма“, информира той командира си Юджийн Чернан, отбелязвайки къде е бил камъкът, преди да се търкаля по хълма. Чернан взе няколко проби.
"Представете си как би било, ако бяхте стояли там, преди този камък да се търкаля", каза замислено Чернан. "Вероятно не бих се справил по-добре", отговори Шмит.
Астронавтите издълбали парчета от луната от камъка. След това, използвайки рейка, Шмит изстърга от прашната повърхност и вдигна камъче, което по-късно ще бъде наречено троктолит 76536.
Тази скала и нейните братя от камъни е трябвало да разкажат историята как е станала нашата луна. В тази история за създаване, записана в безброй учебници и музеи от научни материали през последните четиридесет години, Луната беше разтопена от катастрофален сблъсък между зародишна земя и солиден свят с размер на Марс. Другият свят се казваше Тея, след гръцката богиня, която роди Селена, луната. Тея се блъсна в Земята толкова силно, че и двата свята се стопиха. След това потоците от разтопен материал, изхвърлени от Тея, след това се охлаждат и се втвърдяват, образувайки сребристия спътник, който всички добре познаваме.
Но съвременните измервания на троктолит 76536 и други скали от Луната и Марс поставят под въпрос тази теория. През последните пет години множество изследвания разкриха проблем: каноничната хипотеза за гигантски сблъсък се основава на предположения, които не съответстват на доказателствата. Ако Тея удари Земята и по-късно формира Луната, Луната трябва да бъде направена от материала на Тея. Но Луната не е като Тея - или Марс. На самите атоми изглежда почти същото като Земята.
Изправени пред това несъответствие, лунните изследователи търсеха нови идеи, за да разберат как става Луната. Най-очевидното решение може да е най-простото, но поражда други проблеми с разбирането на младата слънчева система: може би Тея е образувала Луната, но Тея също се е състояла от вещество, което е почти идентично със земята. Алтернативно, процесът на сблъскване смеси всичко, хомогенизирайки отделните парчета и течности в тортата, които след това бяха нарязани на порции. В този случай сблъсъкът трябваше да бъде изключително мощен или трябва да има няколко от тях. Третото обяснение поставя под въпрос нашето разбиране за планетите. Може да се окаже, че Земята и Луната, които имаме днес, са преминали през странни метаморфози и диви орбитални танци, които промениха коренно своето въртене и бъдеще.
Промоционално видео:
Лоши новини за Тея
За да разберете какво би могло да се случи в най-важния ден за Земята, трябва да започнете от разбирането на младостта на Слънчевата система. Преди четири милиарда и половина години Слънцето беше заобиколено от горещ облак от остатъци във формата на понички. Звездните елементи се въртяха около новороденото ни слънце, охлаждайки се и - с течение на годините - сливайки се заедно в процес, който не разбираме напълно. Първо в бучки, после в планетесимали, след това в планети. Тези твърди вещества са твърди и често се сблъскват, изпаряват и появяват отново. Именно в този невероятно твърд звезден билярд бяха изковани Земята и Луната.
За да получим Луната, която имаме днес, с нейния размер, въртене и скоростта, с която се отдалечава от Земята, най-добрите ни компютърни модели казват, че каквото и да се сблъска Земята, тя трябва да е нещо с размерите на Марс. Всичко повече или по-малко би създало система с много по-голям ъглов импулс, отколкото наблюдаваме. По-голям снаряд би изхвърлил твърде много желязо в земната орбита и би произвел луна, много по-богата на желязо, отколкото наблюдаваме.
Първите геохимични изследвания на троктолит 76536 и други скали подкрепиха тази история. Те показаха, че лунните скали трябва да са се родили в лунен океан от магма, който от своя страна може да се появи от гигантски сблъсък. Тротолитът плаваше в разтопеното море като айсберг в Антарктида. Въз основа на тези физически ограничения учените решиха, че Луната е направена от останките на Тея. Но има проблем.
Да се върнем към младата слънчева система. Докато твърдите светове се сблъскват и се изпаряват, съдържанието им се смесва, в крайна сметка се установява в отделни региони. По-близо до Слънцето, където беше по-горещо, по-леките елементи бяха по-склонни да се нагряват и да избягат, оставяйки излишък от тежки изотопи (вариации на елементи с допълнителни неутрони). По-далеч от Слънцето скалите успяха да задържат повече вода и остават по-леки изотопи. Следователно учен може да изследва смес от изотопи, за да определи в коя част от Слънчевата система се е появил, точно както акцентът предаде родината на човек.
Тези различия са толкова изразени, че се използват за класифициране на планети и видове метеорити. Марс е толкова различен от Земята например, че неговите метеорити могат да бъдат идентифицирани чрез просто измерване на съотношението на три различни кислородни изотопа.
През 2001 г., използвайки съвременни техники за мас-спектрометрия, швейцарските учени преразгледаха троктолит 76536 и други лунни проби. Оказа се, че техните изотопи на кислород не се отличават от тези на Земята. Оттогава геохимиците изучават титан, волфрам, хром, рубидий, калий и други не толкова обикновени метали на Земята - и всички те изглеждат почти еднакво.
Това е лоша новина за Тея. Ако Марс е толкова различен от Земята, Тея - и следователно Луната - също трябва да е различна. Ако те са еднакви, това означава, че Луната е трябвало да се е образувала от разтопени парчета на Земята. Оказва се, че скалите, събрани от Аполон, директно ще противоречат на това, което физиката настоява.
„Каноничният модел е в сериозна криза“, казва Сара Стюарт, планетарен учен от Калифорнийския университет, Дейвис. "Тя все още не е напълно убита, но сегашният й статус е, че не работи."
Луна на пара
Стюарт се опита да преосмисли физическите ограничения на този проблем - необходимостта от тяло за удар със специфичен размер, което се движи с определена скорост - на фона на нови геохимични доказателства. През 2012 г. тя и Матия Жук, сега в института SETI, предложиха нов физически модел за формирането на Луната. Те заявиха, че младата Земя е въртящ се дервиш, чийто ден продължи два до три часа, когато беше ударен от Тея. Сблъсъкът произведе диск около Земята - като пръстена на Сатурн - но това продължи само 24 часа. В крайна сметка дискът се охлажда и се втвърдява, за да образува луната.
Суперкомпютрите не са достатъчно мощни, за да симулират напълно този процес, но те показаха, че снаряд, блъснал се в толкова бързо въртящ се свят, може да изсече достатъчно Земята, да унищожи напълно Тея и да изстърже достатъчно кожа от двете, за да създаде Луна и Земя със същите изотопни съотношения. Като грънчар на грънчарското колело.
За да бъде правилно въртящото се обяснение на Земята правилно, обаче, трябва да има нещо друго, което да забави скоростта на въртене на планетата до сегашното й състояние. В своята статия за 2012 г. Стюарт и Чък твърдят, че за определени орбитално-резонансни взаимодействия Земята е трябвало да пренесе ъглов импулс към слънцето. По-късно Джак Мъдрост от Масачузетския технологичен институт предложи няколко алтернативни сценария за извличане на ъглов импулс от системата Земя-Луна.
Нито едно от обясненията обаче не е задоволително. Моделите от 2012 г. никога не са успели да обяснят орбитата на Луната или нейната химия, казва Стюарт. И така, миналата година Саймън Лок, завършил Харвард и студент по Стюарт по това време, представи актуализиран модел, който предполагаше невиждана досега планетарна структура.
Според него всяко парче Земя и Тея се изпаряват и образуват подут, подут облак под формата на гъста поничка. Облакът се въртеше толкова бързо, че достигна точка, наречена граница на съвместно въртене. На този външен ръб на облака изпарената скала обикаля толкова бързо, че облакът придобива нова структура, като дебел диск обикаля вътрешната област. Важното е, че дискът не беше отделен от централната област по същия начин, по който са пръстените на Сатурн.
Условията в тази структура са неописуемо адски; няма повърхност, вместо облаци от разтопена скала, като всяка област от облака образува дъждовни капки от разтопена скала. Луните растат вътре в тези пари, казва Лок, преди парата окончателно да изстине и да остане след системата Земя-Луна.
Предвид необичайните характеристики на структурата, Лок и Стюарт смятаха, че тя заслужава ново име. Те опитали няколко версии, преди да стигнат до „synestia“, който използва гръцкия префикс „грех“, което означава „заедно“, и богинята Хестия, която представлява дом, огнище и архитектура. Тази дума означава "свързана структура", казва Стюарт.
„Тези тела не са това, което мислите. И не изглеждат така, както си мислил, че ще изглеждат."
През май Лок и Стюарт публикуват статия за физиката на синестезията; тяхната работа по лунната синестезия все още е в ход. Те го представиха на планетарна конференция и казаха, че колегите им се интересуват, но едва ли са съгласни с идеята. Може би защото синестията остава само идея; за разлика от пръстеновидните планети, които са много в Слънчевата система, и протопланетарните дискове, които са много във Вселената, никой не е виждал нито една.
Но е забавен начин да обясним особеностите на нашата Луна, когато изглежда, че нашите модели не работят.
Десет луни
Сред естествените спътници на Слънчевата система, земната луна може би е най-невероятната поради своята самота. Меркурий и Венера нямат естествени спътници, отчасти поради близостта им до слънцето, гравитационният ефект на който прави орбитите на спътниците нестабилни. Марс има мънички Фобос и Деймос, които някои смятат, че са заловени от астероиди; други говорят в полза на големи тела, падащи на Марс. Газовите гиганти имат много спътници, както твърди, така и меки.
За разлика от тези спътници, спътникът Земя също се откроява със своите размери и физическия стрес, който носи. Луната представлява по-малко от 1% от Земята по маса, а общата маса на спътниците на външните планети е по-малко от 1/10 процента от техните родители. По-важното е, че Луната представлява 80% от ъгловия импулс на земната система -
Луната. С други думи, Луната е отговорна за 80% от движението на системата като цяло. За външните планети тази стойност е по-малка от 1%.
Може би Луна не винаги е носила цялата тази тежест. Лицето на спътника показва доказателства за тежки бомбардировки; защо тогава трябва да приемем, че само един удар форсира луната от земята? Луната може да се е образувала в хода на много сблъсъци, според Ралука Руфу, планетарен учен от Изследователския институт на Вайзман в Израел.
В документ, публикуван миналата зима, тя твърди, че спътникът на Земята може да не е оригинален. Вместо това тя се превърна в колекция от хиляди бройки - поне десет, въз основа на нейните изчисления. Снарядите летяха под различен ъгъл и с различна скорост към Земята и образуваха дискове, които се сляха в „лунни отломки“, в крайна сметка ослепили луната, която познаваме днес.
Планетарните учени отбелязаха нейната работа. Робин Кануп, лунен учен от Югозападния изследователски институт и експерт по теории на образуването на луната, казва, че теорията си струва да се разгледа. Необходими са обаче още изследвания. Руфу не е сигурен дали отломките се движат в същата посока, точно както Луната постоянно гледа в една и съща посока. Ако е така, как изобщо биха могли да се слеят? Това остава да видим.
Междувременно други се обърнаха към друго обяснение за приликите между Земята и Луната, което би могло да има много прост отговор. От синестии до лунните пояси, новите модели на физиката - и новите физики - могат да бъдат противоречиви. Може би Луната е подобна на Земята само защото Тея беше подобна.
Същото
Луната не е единственото „земно“нещо в Слънчевата система. Скалите като троктолит 76536 имат същото съотношение на изотоп на кислород като земните скали, както и групи от астероиди - ендазитни хондрити. Изотопите на кислорода на тези астероиди са подобни на тези на Земята, казва Мириам Телус, космохимик, която изучава метеорити в институцията Карнеги във Вашингтон. „Един от аргументите е, че те са се образували в горещи области на диска, които биха могли да бъдат по-близо до слънцето“, казва тя. Може да са се образували близо до Земята.
Някои от тези скали се събраха, за да образуват Земята; други образуваха Тея. Хондритите на енстатита са остатъчни скали, които никога не са били събрани или отглеждани достатъчно големи, за да образуват мантии, ядра и напълно оформени планети.
През януари Никълъс Дауфас, геофизик в Чикагския университет, заяви, че повечето скали, които са станали Земя, са метеорити от съответен тип. Той твърди, че всичко, което се образува в един регион, ще бъде събрано от тях. Планетарната конструкция се е използвала с помощта на същите смесени материали, които сега намираме на Земята и Луната; изглеждат еднакви, защото са еднакви. Гигантското тяло, образувало Луната, вероятно е имало изотопна композиция, подобна на тази на Земята.
Дейвид Стивънсън, планетарен учен от Калифорнийския технологичен институт, който е изучил произхода на Луната, откакто хипотезата на Тея е представена за първи път през 1974 г., казва, че смята тази работа за най-важния принос за противоречията през последната година. Защото се фокусира върху проблем, който геохимиците се опитват да решат от десетилетия.
„Това е умна история за това как трябва да се разглеждат различните елементи, които я правят на Земята“, казва Стивънсън.
Но не всички са съгласни. Остават въпросите относно изотопните съотношения на елементи като волфрам, отбелязва Стюарт. Волфрам-182 произлиза от хафний-182, така че съотношението волфрам към хафний работи като часовник, за да определи възрастта на определена скала. Ако една скала има повече волфрам-182 от друга, можете спокойно да кажете, че богатата на волфрам скала се е образувала по-рано. Но най-точните измервания показват, че съотношенията на волфрам към хафний са еднакви за Земята и Луната. Две тела трябваше да бъдат в специални условия, за да се случи това.
Въз основа на материали от Quanta
Иля Кел
