Dodano: 31 marzec 2021r.

Kawałki protoplanety, z której powstał Księżyc, mogą nadal znajdować się głęboko pod powierzchnią Ziemi

Uważa się, że około 4,5 miliarda lat temu, na początku historii Układu Słonecznego, Thea - planeta wielkości Marsa, uderzyła w młodą Ziemię. W wyniku tego kosmicznego kataklizmu powstał Księżyc. Jak sugerują wyniki nowych badań, pozostałości tej protoplanety wciąż mogą znajdować się głęboko w płaszczu Ziemi.

Zderzenie Ziemi z Theą

 

Teorii o powstaniu Księżyca jest kilka. Najwcześniejsze wskazywały, że oderwał się on od Ziemi na skutek sił odśrodkowych pozostawiając dziurę – Ocean Spokojny, jednak ten model wymagał zbyt dużej początkowej energii obrotu. Inne sugerowały, że Srebrny Glob powstał gdzie indziej i został przez Ziemię przechwycony lub powstał z tej samej chmury gazów i pyłów, z której powstała Ziemia. Jednak najpopularniejszą wśród naukowców jest tzw. Teoria Wielkiego Zderzenia. Koncepcja ta mówi, że Księżyc powstał w wyniku kolizji między wczesną Ziemię, a ciałem o rozmiarze Marsa nazywanym w tej teorii Theą.

W nowych badaniach naukowcy powiązali powyższą koncepcję z ogromnymi skupiskami gęstych skał znajdującymi się głęboko w najniższych częściach płaszcza naszej planety, określanych przez sejsmologów mianem large low-shear-velocity provinces (LLSVPs). Jedna z takich formacji znajduje się pod Afryką Zachodnią, a druga pod Oceanem Spokojnym. Skupiska te mają około 1000 kilometrów grubości i rozciągają się na kilka tysięcy kilometrów. Badacze z Arizona State University (ASU) uważają, że te formacje są kawałkami pozostałymi po Theii.

Tajemnicze formacje w płaszczu Ziemi

Od dziesięcioleci sejsmolodzy zastanawiali się nad tymi dwiema formacjami znajdującymi się w płaszczu Ziemi. Fale sejsmiczne pochodzące z trzęsień ziemi gwałtownie zwalniają, gdy przechodzą przez te warstwy, co sugeruje, że są gęstsze i różnią się chemicznie od otaczających skał. Wiadomo, że istnieją od bardzo dawna, ale nie wiadomo, jak powstały. Choć pojawiło się wiele pomysłów, które miały to tłumaczyć, to jednak żadna hipoteza nie była poparta twardymi dowodami.

Na 52. konferencji Lunar and Planetary Science Conference dr Qian Yuan z ASU przedstawił koncepcję, według której formacje te są pozostałościami protoplanety, która uderzyła w czasach formowania się Układu Słonecznego w naszą planetę. - Ten szalony pomysł jest przynajmniej możliwy - powiedział Yuan.

Pomysł ten nie jest nowy. Jak przyznał Edward Garnero, sejsmolog z ASU, który nie brał udziału w tych badaniach, podobne koncepcje krążą po uniwersyteckich korytarzach i salach konferencyjnych od lat, ale jego kolegom udało się stworzył poważną argumentację, przemawiającą za taką hipotezą.

Teoria Wielkiego Zderzenia

Jak wskazuje Yuan, to protoplaneta mogła dostarczyć ładunek gęstych skał głęboko do wnętrza Ziemi. Teoria Wielkiego Zderzenia została opracowana w latach siedemdziesiątych XX wieku w celu wyjaśnienia, dlaczego Księżyc jest suchy i nie ma zbyt wiele żelaznego jądra. Podczas tak dużego kataklizmu, substancje takie jak woda wyparowałyby i uciekły w przestrzeń kosmiczną, a mniej gęste skały wyrzucone w wyniku zderzenia ostatecznie połączyłyby się tworząc Księżyc.

Teoria odwoływała się do impaktora wielkości Marsa lub - w ostatnich wariantach - znacznie mniejszego. Jednak niedawne badania astrofizyka z ASU, Stevena Descha, który współpracował z Yuanem w analizach gęstych skupisk materii w płaszczu Ziemi sugerują, że Thea była prawie tak duża jak Ziemia.

Podczas badań skał księżycowych dostarczonych na Ziemię przez misje Apollo Desch i jego współpracownicy zmierzyli stosunek wodoru do deuteru, cięższego izotopu wodoru. Stwierdzili, że lekki wodór (prot) występował znacznie częściej w próbkach z Księżyca niż w ziemskich skałach. Aby uchwycić i zatrzymać tak dużo lekkiego wodoru, Thea musiała być ogromna – zasugerowali badacze w publikacji w piśmie „Geochemistry” z 2019 roku.

Według publikacji, protoplaneta odpowiadająca za powstanie Księżyca musiała być co najmniej rozmiarów Ziemi. Do tego miała gęsty płaszcz bogaty w żelazo - około 2 do 3,5 proc. gęstszy od ziemskiego.

Nowa koncepcja

Jeszcze zanim Yuan dowiedział się o szacunkach gęstości ustalonych przez zespół Descha, modelował los Theii. Zgodnie z jego analizami, jądro protoplanety po uderzeniu w Ziemię szybko połączyłoby się z jądrem naszej planety. Yuan modelował też warunki, które pozwoliłyby płaszczowi Theii przetrwać po uderzeniu, zamiast mieszać się i opadać na podstawę ziemskiego płaszcza.

Jego symulacje wykazały, że skały w płaszczu impaktora musiałyby być o 1,5 do 3,5 proc. gęstsze od ziemskich, by przetrwać. Wyniki te pokrywają się z badaniami Descha. Masywna Thea wyjaśniłaby również skalę skupisk LLSVPs, które razem zawierają sześć razy więcej masy niż Księżyc. Jeśli faktycznie pochodzą spoza Ziemi, to tylko masywny obiekt mógł je dostarczyć.

Według teorii Yuana, w wyniku kolizji z Theą lżejsze skały zostały wyrzucone w przestrzeń kosmiczną i utworzyły Księżyc. Z kolei fragmenty bogate w żelazo opadły w kierunku jądra Ziemi, gdzie osiadły i utworzyły tajemnicze skupiska gęstych skał.

Chociaż przedstawione badania dają dość spójny obraz, to w całej sprawie jest wiele niewiadomych. Wnętrze naszej planety jest badane za pomocą fal sejsmicznych i modelowania komputerowego, więc mogą tam czaić się błędy. Struktury LLSVP mogą nie być tak grube, gęste lub zbudowane w sposób, w jaki uważamy, że są. Do tego sama Teoria Wielkiego Zderzenia nie jest poparta twardymi dowodami, co zresztą przyznał sam autor nowych rozważań. - Teoria Wielkiego Zderzenia jest jednym z najlepszych modeli formowania się Księżyca, ale bezpośrednie dowody wskazujące na istnienie impaktora w postaci dużej planety pozostają nieuchwytne – przyznał Yuan.

 

Źródło: Science, fot. NASA/JPL-Caltech