Od końca XIX wieku naukowcy starali się wyjaśnić pochodzenie Księżyca. Podczas gdy naukowcy długo teoretyzowali, że ona i Ziemia mają wspólne pochodzenie, pytania o to, jak i kiedy okazały się nieuchwytne. Na przykład obecnie panuje powszechna zgoda co do tego, że zderzenie z obiektem wielkości Marsa (Theia) doprowadziło do powstania Układu Ziemia-Księżyc wkrótce po powstaniu planet (zwanej także hipotezą gigantycznego uderzenia).
Jednak symulacje tego uderzenia wykazały, że Księżyc uformowałby się z materiału głównie z uderzającego obiektu. Nie potwierdzają tego jednak dowody, które pokazują, że Księżyc składa się z tego samego materiału, co Ziemia. Na szczęście nowe badanie przeprowadzone przez zespół naukowców z Japonii i Stanów Zjednoczonych wyjaśniło tę rozbieżność: kolizja miała miejsce, gdy Ziemia wciąż składała się z gorącej magmy.
Badanie, które opisuje ich odkrycia, „Ziemskie pochodzenie magmowego oceanu Księżyca”, niedawno ukazało się w czasopiśmie Nature Geoscience. Badanie było prowadzone przez Natsuki Hosono z RIKEN Center for Computational Science i obejmowało naukowców z Yale University, RIKEN Center for Computational Science oraz Earth-Life Science Institute (ELSI) w Tokyo Institute of Technology.
Oprócz symulacji, które modelują scenariusz uderzenia, hipoteza gigantycznego uderzenia jest również nękana przez fakt, że podczas uderzenia większość materiału tworzącego Księżyc byłaby minerałami krzemianowymi. Spowodowałoby to, że satelita Ziemi byłby ubogi w żelazo, ale badania sejsmologiczne wykazały, że Księżyc prawdopodobnie ma rdzeń podobny do Ziemi (złożony z żelaza i niklu), a konwekcja w jego rdzeniu zasilała jednocześnie pole magnetyczne.
Ponownie, nowe badanie oferuje scenariusz, który może to wyjaśnić. Zgodnie z modelem, który stworzyli, gdy Ziemia i Theia zderzyły się około 50 milionów lat po uformowaniu Słońca (około 4,6 miliarda lat temu), Ziemia została pokryta morzem gorącej magmy, podczas gdy Theia prawdopodobnie składała się z litego materiału.
Ten model pokazał, że po zderzeniu magma na Ziemi zostałaby podgrzana znacznie bardziej niż ciała stałe z uderzającego obiektu. Spowodowałoby to zwiększenie objętości magmy i ucieczkę na orbitę, tworząc Księżyc. Ten najnowszy model, który bierze pod uwagę różny stopień nagrzewania między proto-Ziemią a Theią, skutecznie wyjaśnia, że w składzie Księżyca jest znacznie więcej materiału Ziemi.
Shun-ichiro Karato, profesor geologii na Uniwersytecie Yale i współautor artykułu, przeprowadził w przeszłości szeroko zakrojone badania nad właściwościami chemicznymi pra-ziemskiej magmy. Jak wyjaśnił w wywiadzie dla Yale News:
„W naszym modelu około 80% księżyca jest zbudowane z materiałów proto-ziemskich. W większości poprzednich modeli około 80% księżyca składa się z impaktora. To duża różnica. ”
Na potrzeby badań Karato poprowadził wysiłki badawcze zespołu w zakresie kompresji stopionego krzemianu. Tymczasem zadanie opracowania modelu obliczeniowego pozwalającego przewidzieć, w jaki sposób materiał z kolizji będzie dystrybuowany, wykonała grupa z ELSI z Tokyo Institute of Technology i RIKEN Center for Computational Science.
Podsumowując, nowy model wykazał, że przegrzana magma zostanie utracona w przestrzeni i zleje się, tworząc nowe ciało na orbicie szybciej niż materiał utracony z impaktora. Pokazało również, że materiał z wnętrza Ziemi (który byłby bogaty w żelazo i nikiel) również wchodziłby w formację Księżyca - który następnie opadałby do centrum, tworząc jądro Księżyca.
Zasadniczo nowy model potwierdza poprzednie teorie na temat tego, jak Księżyc uformował się, eliminując potrzebę niekonwencjonalnych warunków zderzenia. Do tej pory naukowcy robili to, aby uwzględnić rozbieżności między symulacjami uderzenia a danymi uzyskanymi z badań skał Księżyca i powierzchni Księżyca.
Badanie to może również prowadzić do bardziej wyrafinowanych teorii dotyczących powstawania Układu Słonecznego i tego, co miało miejsce natychmiast po nim. Ponieważ wpływ między proto-Ziemią a Theią mógł odgrywać rolę w ostatecznym pojawieniu się życia na Ziemi, może to również pomóc naukowcom ograniczyć to, co jest potrzebne, aby układ gwiezdny miał planety nadające się do zamieszkania.
