Według najpopularniejszej teorii, Księżyc uformował się około 4,5 miliarda lat temu, gdy obiekt wielkości Marsa o nazwie Theia zderzył się z Ziemią (zwaną także hipotezą gigantycznego uderzenia). W wyniku tego uderzenia wyrzucono znaczne ilości szczątków, które stopniowo zlewały się, tworząc jedynego naturalnego satelitę na Ziemi. Jednym z najbardziej przekonujących dowodów na tę teorię jest fakt, że Ziemia i Księżyc są niezwykle podobne pod względem składu.
Jednak wcześniejsze badania dotyczące symulacji komputerowych wykazały, że gdyby Księżyc został stworzony przez gigantyczny zderzenie, powinien zachować więcej materiału z samego impaktora. Ale według nowego badania przeprowadzonego przez zespół z University of New Mexico, możliwe jest, że Ziemia i Księżyc nie są tak podobne, jak wcześniej sądzono.
Badanie, które opisuje ich odkrycia, zatytułowane „Odrębne kompozycje izotopów tlenu Ziemi i Księżyca”, niedawno ukazało się w czasopiśmie Nature Geoscience. Badanie zostało przeprowadzone przez Ericka J. Cano i Zachary'ego D. Sharpa z Departamentu Nauk o Ziemi i Planetarnych UNM oraz Charlesa K. Shearera z Instytutu Meteorityki UNM.
Teoria, że Ziemia i Księżyc były kiedyś jednym ciałem, istniała od XIX wieku. Ale dopiero po przyniesieniu próbek skał przez astronautów Apollo naukowcy mieli ostateczne dowody na to, że Ziemia i Księżyc uformowały się razem. Próbki te wykazały, że podobnie jak Ziemia, Księżyc składał się z minerałów krzemianowych i metali odróżniających metalowy rdzeń od krzemianowego płaszcza i skorupy.
Podczas gdy Księżyc ma mniej żelaza i mniej przeszkadza w jaśniejszych elementach, hipoteza gigantycznego uderzenia wyjaśnia to całkiem dobrze. Żelazo, szczególnie ciężki pierwiastek, zostałoby zatrzymane przez Ziemię, podczas gdy ciepło i siła wybuchu uderzenia spowodowały, że lżejsze pierwiastki zagotowały się i zostały wyrzucone w przestrzeń kosmiczną. Reszta materiału z Ziemi i Thei ochłodziłaby się, a następnie zmieszała, tworząc Ziemię i Księżyc, jakie znamy dzisiaj.
Teoria ta wyjaśnia także prędkość i naturę, z jaką Księżyc okrąża Ziemię; w szczególności, w jaki sposób jest ona przypieczętowana przez naszą planetę. Jednak wcześniejsze badania dotyczące symulacji komputerowych wykazały, że w tym scenariuszu około 80% Księżyca powinno składać się z materiału pochodzącego z Thei.
Stanowi to poważny problem dla astronomów i geologów, a różne teorie zostały rozwinięte, aby to wyjaśnić. W jednym scenariuszu Theia miała podobny skład do Ziemi, co wyjaśniałoby, dlaczego Ziemia i Księżyc wydają się tak podobne. W innym mieszanie materiałów było bardzo dokładne, do tego stopnia, że zarówno Ziemia, jak i Księżyc zachowują elementy Thei.
Niestety, te wyjaśnienia są albo niezgodne z tym, co wiemy o Układzie Słonecznym, albo przedstawiają własne problemy teoretyczne. Aby rzucić na to światło, Cano i jego koledzy rozważali kluczową niespójność z Hipotezą Olbrzymiego Wpływu. Zasadniczo, kiedy naukowcy zbadali próbki skał księżycowych Apollo, zauważyli, że wartości izotopów tlenu były praktycznie identyczne z tymi znajdowanymi w skałach tutaj na Ziemi.
Jeśli hipoteza Olbrzymiego Uderzenia jest poprawna, wówczas prekursory Ziemi i Księżyca miały na początku identyczne wartości lub ekstensywna homogenizacja miała miejsce po zdarzeniu uderzenia. Aby rozwiązać ten problem, Cano i jego koledzy przeprowadzili bardzo precyzyjną analizę izotopów tlenu w szeregu różnych skał księżycowych. Odkryli, że skały księżycowe wykazują wyższe stężenia lżejszych izotopów tlenu niż Ziemia.
Ponadto różnice zwiększają głębsze sondy od skorupy do płaszcza. Przypisują to temu, że skorupa jest tam, gdzie szczątki z Ziemi i Thei zmieszałyby się, podczas gdy wnętrze jest tam, gdzie materiał z Thei byłby bardziej skoncentrowany. Jak podsumowują w swoich badaniach:
„Wartości izotopów tlenu w próbkach księżycowych korelują z litologią, a proponujemy, aby różnice można wytłumaczyć przez zmieszanie pomiędzy parą światła izotopowego, generowanego przez uderzenie, a najbardziej zewnętrzną częścią wczesnego oceanu magmy księżycowej. Nasze dane sugerują, że próbki pochodzące z głębokiego płaszcza księżycowego, które są izotopowo ciężkie w porównaniu z Ziemią, mają skład izotopowy, który jest najbardziej reprezentatywny dla proto-księżycowego impaktora „Theia”.
Podsumowując, wyniki badań zespołu pokazują, że Ziemia i Theia nie miały podobnego składu, co dostarcza pierwszych ostatecznych dowodów na to, że Theia prawdopodobnie powstała dalej od Słońca niż Ziemia. Podobnie ich praca pokazuje, że różne kompozycje izotopów tlenu Thei i Ziemi nie zostały całkowicie zhomogenizowane przez uderzenie tworzące Księżyc.
To badanie przypomina badania przeprowadzone niedawno przez zespół z Yale i Tokyo Institute of Technology. Według ich pracy, Ziemia była jeszcze gorącą kulą magmy, gdy miało miejsce uderzenie tworzące Księżyc. To właśnie pozwoliłoby, aby materiał z Thei został utracony w kosmosie, podczas gdy materiał z Ziemi szybko połączył się tworząc Księżyc.
To, czy materiał z Thei zaginął w kosmosie, czy został zachowany jako część wnętrza Księżyca, jest pytaniem, które naukowcy będą w stanie zbadać dokładniej dzięki wielu misjom zwrotu próbek, które będą miały miejsce w nadchodzących latach. Należą do nich NASA wysyłające astronautów z powrotem na powierzchnię Księżyca (Projekt Artemis) i wielu łazików przesłanych przez Chiny (Chang’e 5 i Chang’e 6 misje).
Te i inne tajemnice jedynego satelity na Ziemi mają duże szanse na odpowiedź wkrótce!
