Badania sugerują, że Ziemia przechwyciła Księżyc z kosmosu, zamiast uformować skalistego satelitę z cząstek zderzonych podczas formowania się planet.
Teoria ta, poparta mechaniką nieba i dowodami z innych księżyców, np NeptunTriton wskazuje na dynamiczną i ewoluującą orbitę Księżyca, na którą wpływają siły pływowe.
Wczesne odkrycia i teorie dotyczące pochodzenia Księżyca
W latach 1969–1972 podczas sześciu misji Apollo astronauci wydobyli ponad 800 funtów księżycowych skał i gleby. Analizy wykazały, że próbki te były uderzająco podobne do ziemskich skał i gleby, charakteryzujących się bogatym w wapń, bazaltowym składem i powstałymi około 60 milionów lat po powstaniu Układu Słonecznego.
Doprowadziło to planetologów podczas konferencji Kona na Hawajach w 1984 r. do wniosku, że Księżyc powstał z pozostałości powstałych w wyniku zderzenia z rodzącą się Ziemią.
Kwestionowanie status quo
Zdaniem dwóch badaczy z Penn State może to nie być prawdziwa historia powstania Księżyca. Nowe badanie opublikowane 24 września w Dziennik nauk planetarnych Darrena Williamsa, profesora astronomii i astrofizyki w Penn State Behrend oraz Michaela Zuggera, starszego inżyniera badawczego w Applied Research Lab w Penn State, przedstawiają inną możliwość: że Księżyc został schwytany podczas bliskiego spotkania młodej Ziemi z ziemski układ podwójny — Księżyc i inny obiekt skalisty.
Nowe spojrzenie na dynamikę orbity Księżyca
„Konferencja Kona ustaliła narrację na 40 lat” – powiedział Williams. Ale pytania wciąż pozostawały nierozstrzygnięte. Na przykład księżyc powstały w wyniku zderzenia planet i przybierający kształt w wyniku zlepiania się gruzu w pierścień, powinien orbitować nad równikiem planety. Księżyc Ziemi krąży w innej płaszczyźnie.
„Księżyc znajduje się bardziej w jednej linii ze Słońcem niż z ziemskim równikiem” – powiedział Williams.
Alternatywne teorie i mechanika niebiańska
Naukowcy twierdzą, że w alternatywnej teorii wychwytywania wymiany binarnej grawitacja Ziemi oddzieliła układ podwójny, chwytając jeden z obiektów – Księżyc – i czyniąc go satelitą krążącym w swojej obecnej płaszczyźnie.
Istnieją dowody na to, że dzieje się to gdzie indziej w Układzie Słonecznym, powiedział Williams, wskazując na Trytona, największy z księżyców Neptuna. W tej dziedzinie panuje hipoteza, że Tryton został wciągnięty na orbitę z Ziemi Pas Kuiperagdzie uważa się, że jeden na 10 obiektów jest binarny. Tryton okrąża Neptuna po orbicie wstecznej, poruszając się w kierunku przeciwnym do obrotu planety. Jej orbita jest również znacznie nachylona pod kątem 67 stopni od równika Neptuna.
Konsekwencje przechwyconego ciała niebieskiego
Williams i Zugger ustalili, że Ziemia mogła uchwycić satelitę nawet większego od Księżyca – obiekt wielkości Merkurego lub nawet Mars — ale wynikowa orbita mogła nie być stabilna.
Problem polega na tym, że orbita „przechwytywania” – ta, po której podąża Księżyc – zaczęła się jako wydłużona elipsa, a nie okrąg. Z biegiem czasu, pod wpływem ekstremalnych pływów, kształt orbity uległ zmianie.
Długoterminowe zmiany orbity Księżyca
„Dzisiaj przypływ ziemski wyprzedza księżyc” – powiedział Williams. „Przypływ przyspiesza orbitę. Daje puls, trochę zastrzyku energii. Z biegiem czasu księżyc oddala się nieco dalej.
Efekt jest odwrotny, jeśli Księżyc znajduje się bliżej Ziemi, tak jak miałoby to miejsce bezpośrednio po schwytaniu. Obliczając zmiany pływów oraz rozmiar i kształt orbity, naukowcy ustalili, że początkowa eliptyczna orbita Księżyca kurczyła się w skali czasu wynoszącej tysiące lat. Orbita również stała się bardziej okrągła, zaokrąglając swoją ścieżkę, aż wirowanie Księżyca zablokowało się na jego orbicie wokół Ziemi, tak jak ma to miejsce dzisiaj.
Williams powiedział, że w tym momencie ewolucja pływów prawdopodobnie uległa odwróceniu i Księżyc zaczął stopniowo oddalać się.
Nowe podejście do powstawania Księżyca i przyszłe badania
Powiedział, że co roku Księżyc oddala się od Ziemi o 3 centymetry. W swojej obecnej odległości od Ziemi – 300 000 km – Księżyc odczuwa obecnie znaczne przyciąganie grawitacyjne Słońca.
„Księżyc jest teraz tak daleko, że zarówno Słońce, jak i Ziemia rywalizują o jego uwagę” – powiedział Williams. „Obydwaj to ciągną”.
Jego obliczenia pokazują, że z matematycznego punktu widzenia satelita przechwycony metodą wymiany binarnej mógłby zachowywać się tak, jak zachowuje się ziemski księżyc. Ale nie jest pewien, jak powstał Księżyc.
„Nikt nie wie, jak powstał Księżyc” – powiedział. „Przez ostatnie cztery dekady mieliśmy jedną możliwość wyjaśnienia, w jaki sposób do tego doszło. Teraz mamy dwa. Otwiera to skarbnicę nowych pytań i możliwości dalszych badań.”
Odniesienie: „Forming Massive Terrestrial Satellites through Binary-exchange Capture” autorstwa Darrena M. Williamsa i Michaela E. Zuggera, 24 września 2024 r., Dziennik nauk planetarnych.
DOI: 10.3847/PSJ/ad5a9a
Badania te wsparło konsorcjum stanu Penn na rzecz nauki i technologii planetarnej i egzoplanetarnej.
