Przez dziesięciolecia naukowcy zastanawiali się, w jaki sposób Ziemia pozyskała swojego jedynego satelitę, Księżyc. Podczas gdy niektórzy twierdzili, że powstał z materiału utraconego przez Ziemię z powodu siły odśrodkowej lub został przechwycony przez grawitację Ziemi, najbardziej powszechnie akceptowaną teorią jest to, że Księżyc powstał około 4,5 miliarda lat temu, gdy zderzył się obiekt wielkości Marsa (o nazwie Theia) z proto-Ziemią (zwaną również hipotezą gigantycznego uderzenia).
Ponieważ jednak proto-Ziemia doświadczyła wielu gigantycznych uderzeń, oczekuje się, że z czasem utworzy się wokół niej kilka księżyców. Powstaje zatem pytanie, co się stało z tymi księżycami? Zadając to pytanie, zespół międzynarodowego zespołu naukowców przeprowadził badanie, w którym sugerują, że te „księżyceczki” mogły ostatecznie rozbić się z powrotem na Ziemię, pozostawiając tylko ten, który widzimy dzisiaj.
Badanie zatytułowane „Księżycowe spadki: zderzenia między Ziemią a jej przeszłymi księżycami” pojawiło się niedawno w Internecie i zostało przyjęte do publikacji w Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society. Badanie było prowadzone przez Uri Malamud, stypendystę z Technion Israeli Institute of Technology, i obejmowało członków z Uniwersytetu w Tybindze w Niemczech oraz Uniwersytetu w Wiedniu.
Ze względu na swoje badania dr Malamud i jego koledzy - prof. Hagai B. Perets, dr Christoph Schafer i pan Christoph Burger (doktorant) - zastanowili się, co by się stało, gdyby Ziemia w jej najwcześniejszej formie doświadczyła wiele gigantycznych uderzeń poprzedzających kolizję z Theią. Każdy z tych uderzeń mógłby potencjalnie uformować pod księżycową masę „księżyclet”, który oddziaływałby grawitacyjnie z proto-Ziemią, a także z wszelkimi wcześniej utworzonymi księżycami.
Ostatecznie doprowadziłoby to do połączenia księżyców i księżycletów, księżyców wyrzucanych z orbity Ziemi lub księżyców spadających na Ziemię. Ostatecznie dr Malamud i jego koledzy postanowili zbadać tę drugą możliwość, ponieważ nie była ona wcześniej badana przez naukowców. Co więcej, możliwość ta może mieć drastyczny wpływ na geologiczną historię i ewolucję Ziemi. Jak Malamud wskazał Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej:
„W obecnym rozumieniu formowania się planet późne etapy rozwoju planety ziemskiej były wynikiem wielu gigantycznych zderzeń między zarodkami planetarnymi. Takie zderzenia tworzą znaczące dyski szczątkowe, które z kolei mogą stać się księżycami. Jak zasugerowaliśmy i podkreśliliśmy w tym i naszych poprzednich artykułach, biorąc pod uwagę tempo takich kolizji i ewolucję księżyców - istnienie wielu księżyców i ich wzajemne interakcje doprowadzą do upadków księżyca. Jest to nieodłączna, nieunikniona część obecnej teorii formowania się planet. ”
Ponieważ jednak Ziemia jest planetą aktywną geologicznie i ponieważ jej gęsta atmosfera prowadzi do naturalnego wietrzenia i erozji, powierzchnia zmienia się drastycznie z czasem. W związku z tym zawsze trudno jest określić skutki wydarzeń, które miały miejsce w najwcześniejszych okresach Ziemi - tj. Eonie Hadeana, który rozpoczął się 4,6 miliarda lat temu wraz z powstaniem Ziemi i zakończył się 4 miliardy lat temu.
Aby sprawdzić, czy podczas tego eonu mogło dojść do wielu uderzeń, w wyniku których księżyciki ostatecznie spadły na Ziemię, zespół przeprowadził serię symulacji hydrodynamicznych cząstek gładkich (SPH). Rozważali także zakres mas księżycowych, kąty zderzenia i początkowe prędkości obrotu proto-Ziemi. Zasadniczo, gdyby księżycy spadały na Ziemię w przeszłości, zmieniłoby to prędkość obrotową proto-Ziemi, powodując jej obecny okres rotacji gwiazdowej wynoszący 23 godziny, 56 minut i 4,1 sekundy.
W końcu znaleźli dowody na to, że choć bezpośrednie uderzenia dużych obiektów nie były prawdopodobne, że mogło dojść do szeregu zderzeń pływowych. Spowodowałyby one wyrzucenie materiału i gruzu do atmosfery, które utworzyłyby małe księżyciki, które następnie oddziaływałyby ze sobą. Jak wyjaśnił Malamud:
„Nasze wyniki pokazują jednak, że w przypadku księżyca rozkład materiału z księżyca nie występuje nawet na Ziemi, dlatego takie zderzenia mogą powodować asymetrie i niejednorodności składu. Jak dyskutujemy w tym artykule, istnieją faktycznie możliwe dowody na to drugie - księżycowe spadki mogą potencjalnie wyjaśnić izotopowe niejednorodności w wysoce syderofilowych pierwiastkach w skałach lądowych. Zasadniczo zderzenia księżyca mogą również powodować powstawanie na Ziemi struktury na dużą skalę, i spekulowaliśmy, że taki efekt mógłby przyczynić się do powstania najwcześniejszego superkontynentu na Ziemi. Ten aspekt jest jednak bardziej spekulacyjny i trudno jest go bezpośrednio potwierdzić, biorąc pod uwagę geologiczną ewolucję Ziemi od tamtych czasów. ”
To badanie skutecznie poszerza obecną i popularną hipotezę gigantycznego wpływu. Zgodnie z tą teorią Księżyc uformował się podczas pierwszych 10 do 100 milionów lat Układu Słonecznego, gdy planety ziemskie wciąż się formowały. Uważa się, że w końcowych etapach tego okresu planety (Merkury, Wenus, Ziemia i Mars) wyrosły głównie w wyniku uderzeń dużych zarodków planetarnych.
Od tego czasu uważa się, że Księżyc ewoluował w wyniku wzajemnych przypływów Ziemi i Księżyca, migrując na zewnątrz do swojej obecnej lokalizacji, gdzie był do tej pory. Jednak ten paradygmat nie uwzględnia uderzeń, które miały miejsce przed przybyciem Thei i powstaniem jedynego satelity na Ziemi. W rezultacie dr Malamud i jego koledzy twierdzą, że jest on odłączony od szerszego obrazu formowania się planet ziemskich.
Biorąc pod uwagę potencjalne zderzenia poprzedzające powstanie Księżyca, naukowcy mogliby uzyskać pełniejszy obraz ewolucji Ziemi i Księżyca w czasie. Odkrycia te mogą również mieć wpływ na badania innych planet i księżyców Słońca. Jak wskazał dr Malamud, istnieją już przekonujące dowody na to, że zderzenia na dużą skalę wpłynęły na ewolucję planet i księżyców.
„Na innych planetach widzimy dowody na bardzo duże uderzenia, które wytworzyły cechy topograficzne w skali planety, takie jak tak zwana dychotomia Marsa i prawdopodobnie dychotomia powierzchni Charona” - powiedział. „Musiały one powstać w wyniku uderzeń na dużą skalę, ale na tyle małych, aby nadać im cechy planety subglobalnej. Księżycowe spadki są naturalnymi progenitorami takich uderzeń, ale nie można wykluczyć innych dużych uderzeń asteroid, które mogłyby wywołać podobne efekty. ”
Istnieje również możliwość takich kolizji w odległej przyszłości. Zgodnie z obecnymi szacunkami migracji, księżyc Marsa Fobos ostatecznie zderzy się z powierzchnią planety. Choć niewielkie w porównaniu z uderzeniami, które spowodowałyby powstanie księżyców i Księżyca wokół Ziemi, ta ostateczna kolizja jest bezpośrednim dowodem na to, że księżycowe spadki miały miejsce w przeszłości i będą miały miejsce w przyszłości.
Krótko mówiąc, historia wczesnego Układu Słonecznego była gwałtowna i kataklizmiczna, a wiele kreacji wynikało z potężnych zderzeń. Mając pełniejszy obraz tego, w jaki sposób te zdarzenia uderzeniowe wpłynęły na ewolucję planet lądowych, możemy uzyskać nowy wgląd w to, jak powstają planety noszące życie. To z kolei może pomóc nam wyśledzić takie planety w układach pozasłonecznych.
