Niespójności w hipotezie pochodzenia księżyca: jak powstał satelita Ziemi?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Nie wiemy dokładnie, jak powstał księżyc. Zgodnie z popularną hipotezą, dawno temu Ziemia zderzyła się z planetą wielkości Marsa, a nasz satelita powstał z gruzu. Tylko tutaj coś się nie zgadza.

Hipotezę megakolizji między Ziemią a planetą Teia wysunęli w 1975 roku Amerykanie Hartman i Davis. W tamtych odległych czasach w Układzie Słonecznym znane były dwa rodzaje satelitów: te, które są radykalnie mniejsze niż ich planety (Fobos i Deimos w pobliżu Marsa, satelity gazowych i lodowych olbrzymów) oraz Księżyc. Była jedynym satelitą, którego masa stanowiła ponad jeden procent masy jej planety.

Obcość księżyca wymagała niestandardowego wyjaśnienia, skąd pochodzi. Wcześniejsze domysły były nieco naiwne i łatwo je obalić. Na przykład syn Karola Darwina założył, że Ziemia kiedyś obracała się szybciej i odpadł z niej ogromny kawał. Ta i podobne hipotezy słabo wyjaśniały fakt, że żelazne jądro Księżyca jest małe w porównaniu z Ziemią i wierzono, że nie ma tam wody.

W rzeczywistości w tym czasie odkryto już wodę w skale księżycowej: była ona zawarta w ziemi (regolicie) dostarczonej przez Apolla. Znalezisko przypisano zanieczyszczeniem ziemi lub meteorytom. Odczyty detektorów jonów, które rejestrowały wodę w pobliżu Apollo, również przypisywano zanieczyszczeniu naziemnemu. Naukowcy odrzucili fakty empiryczne, ponieważ nie pasowały do ówczesnych teorii pochodzenia księżyca.

We wszystkich tych teoriach księżyc najpierw stopił się, z tego powodu musiał stracić wodę. Nauka tamtych czasów zakładała tylko jedną możliwość uderzenia wody w Księżyc - kometami. Ale w wodzie kometarnej jest inny stosunek wodoru do jego ciężkich gatunków, deuteru, a w wodzie znalezionej na Księżycu przez Amerykanów stosunek tych izotopów był taki sam jak na Ziemi. Niedopasowanie najłatwiej wytłumaczyć zanieczyszczeniem.

Pozostało jednak niejasne, dlaczego regolit zawiera mniej tytanu i innych stosunkowo ciężkich pierwiastków. Wtedy narodziła się hipoteza mega-uderzenia (mega-impact). Według niej 4, 5 miliarda lat temu starożytna planeta Theia zderzyła się z Ziemią, a potężne uderzenie wyrzuciło w kosmos szczątki obu planet - z nich z czasem powstał Księżyc. Górne warstwy Ziemi zawierają niewiele ciężkich pierwiastków, ponieważ większość z nich pogrążyła się w jądrze i niższych warstwach magmy. Podobno wynika to z różnicy w glebie księżycowej.

Okazało się, że satelita Ziemi nie był pierwotny, jak np. Jowisz, ale wtórny – dodatkowo usunięto pytanie, dlaczego masa Księżyca jest tak duża w porównaniu z masą samej Ziemi. Hipoteza Amerykanów wyjaśniała również, dlaczego na Księżycu absolutnie nie ma wody: kiedy planety się zderzają, szczątki powinny rozbłysnąć do tysięcy stopni - woda po prostu wyparowała i poleciała w kosmos. Inna sprawa, że po lotach Apollo idea księżyca bez wody była upartą nieznajomością faktów.

Hipoteza wyglądała dobrze przez całe trzy lata. Ale już w 1978 roku odkryto Charona, satelitę Plutona. Jeśli Księżyc jest 80 razy mniejszy niż Ziemia, to Charon jest tylko dziewięć razy lżejszy od Plutona. Okazało się, że w księżycu nie ma nic wyjątkowego. Pojawiły się wątpliwości: najprawdopodobniej duże planety zderzają się zbyt rzadko, aby pojawiło się tak wiele dużych satelitów.

Nowe niedogodności przyniosła analiza skał księżycowych w laboratoriach i pierwsze dane o meteorytach obcego pochodzenia. Okazało się, że Księżyc jest izotopowo nie do odróżnienia tylko od Ziemi, a wszystkie inne planety Układu Słonecznego są wyraźnie inne. Jak to się stało, jeśli Księżyc rzekomo zawiera substancję innej planety – hipotetycznej starożytnej Thei? Aby wyjaśnić tę sprzeczność, sfinalizowano hipotezę mega-wstrząsu: uznano miejsce narodzin Thei… orbitę Ziemi – dlatego skład izotopowy obu planet jest taki sam. W jednym miejscu powstały jednocześnie dwie planety, które następnie się zderzyły.

Nie było jednak jasne, dlaczego na orbicie ziemskiej pojawiły się dwie planety, a po jednej na orbitach innych planet układu. Dodano problemy i geologów. Pojawiło się kolejne pytanie: jeśli megazderzenie dwóch planet ogrzało Ziemię i jej szczątki, skąd wzięła się woda na planecie? Według wszystkich relacji, powinien wyparować.

Teoria mega-uderzenia stała się już niezwykle popularna, nie chcieli z niej rezygnować, więc wysunięto pomysł, że woda pojawiła się na Ziemi później - 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 na Ziemi. Jest bardziej podobna do ziemskiej wody z asteroid, ale jest na nich bardzo mało, to znaczy nie mogą być źródłem naszych oceanów.

Wreszcie w XXI wieku na Księżycu zaczęły pojawiać się ślady wody. A kiedy zwolennicy hipotezy mega-uderzenia zasugerowali, że komety przyniosły tę wodę, holenderscy geolodzy wykazali, że skały księżycowe nie mogły powstać w ich obecnej formie bez obecności wody od samego początku formowania się satelity. Sytuację pogorszyli rosyjscy astronomowie: według nich typowe zderzenie komety z Księżycem prowadzi do odejścia ponad 95% wody z powrotem w kosmos.

Sytuację najlepiej oddano w artykule z 2013 roku pod znamiennym nagłówkiem „Teoria wpływu jest wyczerpana”.