Księżyc może być starszy, niż wcześniej sądzono; nowe badanie rzuca światło na jego historię

Fizyk, chemik i matematyk wchodzą do baru. Brzmi to jak początek kiepskiego żartu, ale w moim przypadku był to początek pomysłu, który mógł zmienić sposób, w jaki naukowcy myślą o historii Księżyca.

Cała nasza trójka interesowała się Księżycem, ale z różnych perspektyw: Jako geofizykpomyślałem o jego wnętrzu; Thorstena Kleine’a studiował jego chemię; I Aleksandra Morbidelliego chciałem wiedzieć, o czym może nam powiedzieć formacja Księżyca jak planety zostały ułożone 4,5 miliarda lat temu.

Kiedy zebraliśmy się, aby omówić, ile naprawdę ma lat Księżyc, posiadanie wielu perspektyw okazało się kluczowe.

Jak powstał księżyc?

O godz konferencja na Hawajach pod koniec lat 80. grupa naukowców rozwiązała problem powstania Księżyca. Ich badania sugerują, że a Obiekt wielkości Marsa uderzył w wczesną Ziemięwyrzucając stopiony materiał w przestrzeń kosmiczną. Ta świecąca materia połączyła się w ciało zwane teraz księżycem.

Ta historia wyjaśnia wiele rzeczy. Po pierwsze, Księżyc ma bardzo niewiele materiał łatwo odparowującytakie jak woda, ponieważ życie rozpoczęło się w postaci stopionej. Ma tylko mały żelazny rdzeńponieważ powstał głównie z zewnętrznej części Ziemi, która zawiera bardzo mało żelaza. I ma pływającą, białą skorupę wykonaną z minerały, które wypłynęły na powierzchnię gdy stopiony księżyc zestalił się.

Świecący, nowo powstały księżyc znajdował się początkowo bardzo blisko Ziemi, o godz mniej więcej odległość orbitują satelity telewizyjne. Wczesny Księżyc wywołałby gigantyczne przypływy na wczesnej Ziemi, która sama w sobie była w większości stopiona i szybko wirowała.

Pływy te pobierały energię z obrotu Ziemi i przekazywały część na orbitę Księżyca, powoli odpychając Księżyc od Ziemi i spowalniając w ten sposób obrót Ziemi. Ten ruch trwa nadal – Księżyc wciąż oddala się od Ziemi dwa cale rocznie.

W miarę oddalania się Księżyc przechodził przez określone punkty, w których jego orbita została chwilowo zakłócona. Te zaburzenia orbitalne były ważnym elementem jej historii i kluczową częścią naszej hipotezy.

Kiedy powstał księżyc?

Kiedy Księżyc faktycznie uformował się i oddalił od Ziemi, jest drażliwą kwestią.

Dzięki astronautom programu Apollo naukowcy mają m.in kolekcja skał księżycowych którego wiek mogą zmierzyć. Najstarsze skały wszystkie mają około 4,35 miliarda latczyli około 200 milionów lat po narodziny Układu Słonecznego.

Wielu geochemików, jak mój kolega Thorsten Kleine, sugerowało (co nie bez powodu), że wiek tych skał jest taki sam jak wiek Księżyca.

Ale ludziom takim jak Alessandro Morbidelli, który bada powstawanie planet, nie bardzo spodobała się ta odpowiedź. W swoich modelach planety zmiatały większość materii unoszącej się wokół wczesnego Układu Słonecznego na długo przed upływem 200 milionów lat. Jak sugerowały próbki skał, gigantyczne uderzenie powodujące powstanie księżyca wydawało się mało prawdopodobne.

Co zasugerowaliśmy?

To tu wkroczyliśmy Kleine, Morbidelli i ja. Podążaliśmy dalej zgodnie z sugestią wynikającą z badania z 2016 r., które wykazało, że Księżyc może czasami doświadczyć ekstremalne zjawiska grzewcze podczas powolnej podróży z Ziemi.

Ogrzewanie to zachodzi w taki sam sposób, jak na Jowiszu hiperaktywnie wulkaniczny księżyc Io. Kształt mniejszego ciała jest ściskany i rozciągany przez przypływy z dużego ciała. I tak jak gumowa piłka nagrzewa się, jeśli ją wystarczająco ściśniesz, tak samo nagrzewają się skały na Io i Księżycu.

Wszystkie skały zawierają małe wewnętrzne zegary – pierwiastki radioaktywne, które ulegają rozpadowi i umożliwiają to badaczom powiedz, ile lat ma skała. Ale oto kluczowa kwestia: jeśli Księżyc wystarczająco się rozgrzeje, jego zegary stracą pamięć i zaczną rejestrować czas dopiero wtedy, gdy Księżyc ponownie się ochłodzi.

Na tym zdjęciu nagromadzenie skał w wieku około 4,35 miliarda lat nie mówi nam, kiedy powstał Księżyc, ale kiedy przeszedł przez to zjawisko ogrzewania pływowego. Oznacza to, że formowanie się księżyca musiało nastąpić wcześniej.

Wczesna data powstania zadowala fizyków badających powstawanie planet, wyjaśniając jednocześnie, że późniejsze datowanie zarejestrowane na podstawie skał wynika z ponowne ogrzewanie pływowe.

Co dalej?

Jak to często bywa w nauce, na podobny pomysł wpadły jednocześnie dwie grupy. Podczas badań nasza grupa skupiła się na zdarzeniu ogrzewania pływowego, które miało miejsce, gdy Księżyc był dość daleko od Ziemi Steve’a Descha na Uniwersytecie Stanowym w Arizonie wskazuje na wydarzenie, które miało miejsce kiedy księżyc był bliżej. Ustalenie, która z tych dwóch hipotez jest słuszna, zajmie trochę czasu – i być może żadna z nich nie jest poprawna.

Testowanie tych hipotez będzie wymagało większej liczby próbek z Księżyca. Na szczęście, Chińska misja Chang’e 6 właśnie wróciłem z próbek z ciemnej strony Księżyca w czerwcu 2024 r. Jeśli te próbki pokazują również wiele skał, wszystkie w wieku około 4,35 miliarda lat temu, byłoby to zgodne z naszą historią. Jeśli wiek jest znacznie starszy, będziemy musieli wymyślić nową historię.

Bardzo często w naukach o Ziemi i planetach kończą geochemicy i geofizycy różne i sprzeczne hipotezy. Dzieje się tak częściowo dlatego, że w tych dziedzinach stosuje się różne rodzaje pomiarów, ale także dlatego, że posługują się one bardzo różnymi językami naukowymi. Pokonanie tej bariery językowej jest trudne.

Nasze badanie jest przykładem tego, jak – czasami – pokonanie przepaści językowej i naukowej może przynieść korzyści badaczom po obu stronach.

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa na licencji Creative Commons. Przeczytaj oryginalny artykuł.