Původ Měsíce - Origin of the Moon

Měsíc je silně kráterovaný vzdálená strana

The původ Měsíce je obvykle vysvětleno a Mars - velké tělo zasáhlo Zemi a vytvořilo prsten trosek, který se nakonec shromáždil do jediného přirozený satelit, Měsíc, ale v tomto směru existuje řada variací hypotéza obřího dopadu, jakož i alternativní vysvětlení a pokračuje výzkum toho, jak vznikl Měsíc.[1][2] Mezi další navrhované scénáře patří zachycené tělo, štěpení, vytvořené společně (teorie kondenzace, Synestia ), planetesimální srážky (vytvořené z těles podobných asteroidům) a teorie srážek.[3]

Standardní hypotéza obřího nárazu naznačuje, že tělo o velikosti Marsu tzv Theia, zasáhl proto-Zemi a vytvořil velkou trosek prsten kolem Země, které pak accreted tvořit Měsíc. Tato srážka vyústila také v 23,5 ° nakloněná osa Země, což způsobí roční období.[1] Měsíc izotopový kyslík poměry se zdají být v podstatě totožné s poměry Země.[4] Izotopové poměry kyslíku, které lze měřit velmi přesně, poskytují každému jedinečný a odlišný podpis Sluneční Soustava tělo.[5] Kdyby byla Theia samostatná protoplaneta, pravděpodobně by to mělo jiný izotopový podpis kyslíku než proto-Země, stejně jako vyvržený smíšený materiál.[6] Také Měsíc izotop titanu poměr (50Ti /47Ti ) se jeví tak blízko Země (do 4 dílů na milion), že jen málo, pokud by některá z hmot kolidujících těles mohla být pravděpodobně součástí Měsíce.[7]

Formace

Hlavní článek: Hypotéza obřího dopadu
„Jednou z výzev dlouhodobé teorie srážky je to, že nárazové těleso o velikosti Marsu, jehož složení by se pravděpodobně podstatně lišilo od složení Země, by pravděpodobně nechalo Zemi a Měsíc s různým chemickým složením, což jsou ne."

—NASA[1]

Měsíční vzorek 61016, lépe známý jako „Velký Muley "

Bylo uvedeno několik teorií, které předpokládají, že proto-Země neměla žádné velké měsíce na počátku formování sluneční soustavy, před 4,425 miliardami let, přičemž Země byla v podstatě skála a láva. Theia, brzy protoplaneta o velikosti Marsu zasáhla Zemi takovým způsobem, že vysunula značné množství materiálu ze Země. Určitý podíl těchto ejecta unikl do vesmíru, ale zbytek se spojil do jediného sférického tělesa na oběžné dráze kolem Země a vytvořil Měsíc.

Hypotéza vyžaduje kolizi mezi proto-Zemí asi 90% velikosti[je zapotřebí objasnění ] současné Země a dalšího tělesa o průměru Mars (polovina zemského průměru a desetina jeho hmotnosti). Ten byl někdy označován jako Theia, jméno matky Selene, měsíc bohyně v řecká mytologie. Tento poměr velikosti je potřebný, aby výsledný systém měl dostatečný moment hybnosti aby odpovídaly aktuální orbitální konfiguraci. Takový dopad by dal na oběžnou dráhu kolem Země dostatek materiálu, který by se nakonec nashromáždil a vytvořil Měsíc.

Počítačové simulace ukazují potřebu letmého úderu, který způsobí, že část urychlovače vytvoří dlouhé rameno materiálu, které se poté odřízne. Asymetrický tvar Země po srážce pak způsobí, že se tento materiál usadí na oběžné dráze kolem hlavní hmoty. Energie spojená s touto srážkou je působivá: pravděpodobně by se odpařily a roztavily biliony tun materiálu. V některých částech Země by teplota stoupla na 10 000 ° C (18 000 ° F).

Měsíc je relativně malý žehlička jádro (ve srovnání s jinými skalnaté planety a měsíce ve sluneční soustavě) je vysvětleno tím, že jádro Theia většinou splývá s jádrem Země. Nedostatek těkavé látky v měsíčních vzorcích je také částečně vysvětlena energií srážky. Energie uvolněná během zpětného vylučování materiálu na oběžné dráze kolem Země by byla dostatečná k roztavení velké části Měsíce, což by vedlo ke generování oceán magmy.

Nově vytvořený Měsíc obíhal asi desetinu vzdálenosti, kterou dnes dělá, a kvůli tomu se točil ven přílivové tření přenos momentu hybnosti z rotací obou těles na orbitální pohyb Měsíce. Postupem času došlo k rotaci Měsíce přílivově uzamčeno na Zemi, takže jedna strana Měsíce neustále směřuje k Zemi. Také by se Měsíc srazil a začlenil všechny malé již existující satelity Země, které by sdílely složení Země, včetně izotopových abundancí. Geologie Měsíce je od té doby nezávislejší na Zemi.

Studie z roku 2012 o vyčerpání zinek izotopy na Měsíci podporovaly původ obřího nárazu pro Zemi a Měsíc.[8]

V roce 2013 byla zveřejněna studie, která naznačila, že voda v lunárním magmatu je k nerozeznání od té v roce uhlíkaté chondrity a téměř stejné jako u Země v izotopové složení.[9][10]

Hypotéza obřího dopadu byla znovu zpochybněna v září 2013 s rostoucím pocitem, že lunární původ je komplikovanější.[vágní ][11]

Deriváty hypotézy obrovských dopadů

I když hypotéza o dopadu obra vysvětluje mnoho aspektů systému Země - Měsíc, stále existuje několik nevyřešených problémů, jako je nestálost Měsíce elementy nebyli tak vyčerpaní, jak se od takového energetického nárazu očekávalo.[12]

Dalším problémem je srovnání izotopů měsíce a Země. V roce 2001 dosud nejpřesnější měření izotopové podpisy z měsíční kameny byl publikován.[4] Překvapivě Apollo měsíční vzorky nesly izotopový podpis identický s horninami Země, ale odlišný od ostatních těles sluneční soustavy. Protože se předpokládalo, že většina materiálu, který šel na oběžnou dráhu za vzniku Měsíce, pochází z Theie, bylo toto pozorování neočekávané. V roce 2007 vědci z Caltechu ukázali, že pravděpodobnost, že Theia bude mít stejný izotopový podpis jako Země, je velmi malá (pravděpodobnost méně než 1 procento).[13] Publikovaná v roce 2012 analýza izotopů titanu ve lunárních vzorcích Apolla ukázala, že Měsíc má stejné složení jako Země,[14] který konflikty s Měsícem formujícím se daleko od oběžné dráhy Země.

Sloučení dvou planet

Abychom pomohli vyřešit tyto problémy, nová teorie publikovaná v roce 2012 předpokládá, že dvě těla - každé pětkrát větší než Mars - se srazily, poté se vrátily zpět a vytvořily velký disk smíšených úlomků, které nakonec vytvořily Zemi a Měsíc.[1] Článek byl nazván „Formování Měsíce se složením podobným Zemi prostřednictvím Giant Impact“, autor R. M. Canup.[1]

Několik dopadů

V roce 2017 planetární vědci v Weizmann Institute of Science v Rehovot, Izrael nabídl novou teorii, která naznačuje, že Měsíc byl vytvořen v prudkém dešti kosmických trosek, které opakovaně tloukly rodící se Zemi po miliony let. Zjistili, že řada menších nárazů, které byly pravděpodobně častější v rané sluneční soustavě, by mohla vypálit dostatek zemských hornin a nečistot na oběžnou dráhu, aby vytvořily malého měsíčku. Jak opakované dopady vytvářely více koulí trosek, mohly se měsíčky časem sloučit do jednoho velkého měsíce.[15]

Hypotéza Synestia

V roce 2018 vědci v Harvard a UC Davis vyvinuli počítačové modely prokazující, že jeden možný výsledek a planetární srážka je to, že vytváří synestie, množství odpařené horniny a kovu, které tvoří a bikonkávní disk přesahující měsíční oběžnou dráhu. Synestie se nakonec zmenší a ochladí, aby zachytily satelit a reformovaly zasaženou planetu.[16]

Bývalé satelity

Další možností je, že před dopadem obra měla Země jeden nebo více normálních satelitů, které sdílely její složení. Po dopadu se Měsíc formoval blíže k Zemi než tyto satelity, a pak se točil ven a narazil do nich. (Pokud by byl Měsíc masivnější než ostatní satelity, jeho přílivový účinek na Zemi by byl větší, což by vedlo k rychlejší spirále směrem ven.) To vedlo k pokrytí Měsíce materiálem se stejným složením jako satelity, a tedy i Zemi .[Citace je zapotřebí ]


Měsíc - Oceanus Procellarum („Oceán bouří“)
Starověký příkopová údolí - obdélníková struktura (viditelná - topografie - GRAIL gravitační přechody ) (1. října 2014).
Starověký příkopová údolí - kontext.
Starověký příkopová údolí - detailní (koncept umělce).

Jiná hypotéza

Hustota[17]
TěloHustota
g / cm3
Rtuť5.4
Venuše5.2
Země5.5
Měsíc3.3

Zachyťte

Tato hypotéza uvádí, že Měsíc byl zajat Zemí.[18] Tento model byl populární až do 80. let a některé body v jeho prospěch jsou velikost Měsíce, oběžná dráha a přílivové blokování.[18]

Jedním z problémů je pochopení mechanismu zachycení.[18] Blízké setkání dvou planetárních těles má obvykle za následek kolizi nebo změnu trajektorií. Aby tato hypotéza fungovala, mohla existovat velká atmosféra kolem primitivní Země, která by zpomalila pohyb Měsíce o aerobraking než mohla uniknout. Tato hypotéza může také vysvětlit nepravidelný satelit oběžné dráhy Jupiter a Saturn.[19]

Teorie zachycení společného dárce vysvětluje podobnosti izotopů mezi kůrou Země a Měsícem. Merkur byl navržen jako dárce, protože vzorky ze Země a Měsíce padají na úplně stejné frakcionace řádek jako enstatitové chondrity o nichž se předpokládá, že pocházejí z Merkuru nebo z oblasti Merkuru. Izotopy křemíku reagující na tlak[20] shodují se s jinými izotopy tím, že potvrzují, že minerály na povrchu Měsíce a Země pocházely pod velkým tlakem, pravděpodobně z vnitřku jiné planety. Rtuť, která byla zbavena velké části svého skalního pláště, je zjevným kandidátem na dárce[21][22]. Podle scénáře vzniku měsíce blízko středu sluneční soustavy je Venuše logickým odrazovým můstkem na cestě vzniku a osudu našeho satelitu[23][24].

Země a Měsíc v měřítku, 500 km na pixel

Štěpení

Toto je nyní zdiskreditovaná hypotéza, že starověká, rychle se točící Země vyhnala kus své hmoty.[18] Toto navrhl George Darwin (syn slavného biologa Charles Darwin ) v roce 1879[25] a udržel si určitou popularitu až do Apolla.[18] Rakouský geolog Otto Ampherer v roce 1925 rovněž navrhl vznik Měsíce jako důvod kontinentální drift.[26]

Bylo navrženo, aby Tichý oceán představoval jizvu této události.[18] Dnes je známo, že oceánská kůra, která tvoří tuto oceánskou pánev, je relativně mladá, stará asi 200 milionů let nebo méně, zatímco Měsíc je mnohem starší. Měsíc nesestává z oceánské kůry, ale z materiálu pláště, který vznikl uvnitř proto-Země v prekambrii.[7]

Koncentrace thoria na Měsíci, jak zmapoval Lunární prospektor

Navýšení

Hypotéza narůstání naznačuje, že Země a Měsíc se formovaly jako dvojitý systém od pravěku akreční disk z Sluneční Soustava[27] nebo dokonce a Černá díra.[28]Problém této hypotézy spočívá v tom, že nevysvětluje moment hybnosti systému Země-Měsíc ani to, proč má Měsíc ve srovnání se Zemí relativně malé železné jádro (25% jeho poloměru ve srovnání s 50% pro Zemi).[27]

Jaderný výbuch

Nizozemští vědci Rob de Meijer a Wim van Westrenen v roce 2010 navrhli, že se Měsíc mohl vytvořit z jaderného výbuchu způsobeného odstředivou silou dřívější rotující proto-Země. Odstředivá síla by soustředila těžké prvky jako např thorium a uran na rovníkové rovině a na hranici mezi Zemí vnější jádro a plášť. Pokud by koncentrace těchto radioaktivních prvků byly dostatečně vysoké, mohlo by to vést k jaderné řetězové reakci, která se stala nadkritickou a způsobila jaderný výbuch, který vystřelil Měsíc na oběžnou dráhu.[29][30] Tento přírodní jaderný štěpný reaktor byl na Zemi pozorován v mnohem menším měřítku.

Další teorie a studie

Evoluce měsíce video NASA kolem roku 2012.[31]

2011

V roce 2011 se předpokládalo, že druhý měsíc existoval před 4,5 miliardami let a později měl dopad na Měsíc jako součást akrečního procesu při formování Měsíce.[32]

2013

Jednou z hypotéz, která byla prezentována pouze jako možnost, bylo, že Země zachytila ​​Měsíc z Venuše.[33]

2017

Seznamování uranu a olova z Apollo 14 zirkon fragmenty ukazuje věk Měsíce na asi 4,51 miliardy let.[34][35]

2020

Tým výzkumníků přístroje Miniaturní vysokofrekvenční (Mini-RF) na NASA Lunar Reconnaissance Orbiter Kosmická loď (LRO) dospěla k závěru, že podpovrch Měsíce může být bohatší na kovy, jako je železo a titan, více než věřili vědci.[36]

V červenci 2020 vědci uvádějí, že Měsíc vytvořil 4 425 ± 0,025 bya, přibližně o 85 milionů let dříve, než se myslelo, a že hostil oceán magmy podstatně déle, než se dříve myslelo (po dobu ~ 200 milionů let).[37][38][39]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Lunární vědci NASA vyvíjejí novou teorii o formování Země a Měsíce
  2. ^ Zaměstnanci (7. září 2014). „Revisiting the Moon“. New York Times. Citováno 8. září 2014.
  3. ^ Teorie formace na Měsíci
  4. ^ A b Wiechert, U .; Halliday, A. N .; Lee, D.-C .; Snyder, G. A .; Taylor, L. A .; Rumble, D. (říjen 2001). „Izotopy kyslíku a obrovský dopad formující Měsíc“. Věda. 294 (12): 345–348. Bibcode:2001Sci ... 294..345W. doi:10.1126 / science.1063037. PMID  11598294. S2CID  29835446.
  5. ^ Scott, Edward R. D. (3. prosince 2001). „Izotopy kyslíku dávají stopy při formování planet, měsíců a asteroidů“. Zpráva o objevech výzkumu planetární vědy: 55. Bibcode:2001psrd.reptE..55S. Citováno 2010-03-19.
  6. ^ Nield, Ted (září 2009). "Měsíční chůze" (PDF). Geologická společnost v Londýně. str. 8. Citováno 2010-03-01.
  7. ^ A b Zhang, Junjun; Nicolas Dauphas; Andrew M. Davis; Ingo Leya; Alexej Fedkin (25. března 2012). „Proto-Země jako významný zdroj měsíčního materiálu“. Nature Geoscience. 5 (4): 251–255. Bibcode:2012NatGe ... 5..251Z. doi:10.1038 / ngeo1429.
  8. ^ Randal C. Paniello; James M. D. Day; Frédéric Moynier (18. října 2012). „Zinkové izotopové důkazy o původu Měsíce“. Příroda. 490 (7420): 376–9. Bibcode:2012Natur.490..376P. doi:10.1038 / příroda11507. PMID  23075987. S2CID  4422136.
  9. ^ Paul D. Spudis (14. května 2013). "Země-Měsíc: Vodní" Double-Planet"". Air & Space / Smithsonian. Archivováno z původního dne 2013-08-07.
  10. ^ Saal, A.E .; et al. (14. června 2013). „Vodíkové izotopy v lunárních vulkanických brýlích a inkluzích z taveniny odhalují dědictví uhlíkatého chondritu“. Věda. 340 (6138): 1317–20. Bibcode:2013Sci ... 340.1317S. doi:10.1126 / science.1235142. PMID  23661641. S2CID  9092975.
  11. ^ Daniel Clery (11. října 2013). „Impact Theory Gets Whacked“. Věda. 342 (6155): 183–185. Bibcode:2013Sci ... 342..183C. doi:10.1126 / science.342.6155.183. PMID  24115419.
  12. ^ J. H. Jones. „ZKOUŠKY HYPOTÉZY DOPADU OBRA“ (PDF). Konference o vzniku Země a Měsíce. Citováno 2006-11-21.
  13. ^ Pahlevan, Kaveh; Stevenson, David (říjen 2007). „Vyrovnání v důsledku dopadu lunárního obřího dopadu“. Dopisy o Zemi a planetách. 262 (3–4): 438–449. arXiv:1012.5323. Bibcode:2007E & PSL.262..438P. doi:10.1016 / j.epsl.2007.07.055. S2CID  53064179.
  14. ^ Titanový test otcovství říká, že Země je jediným rodičem měsíce (University of Chicago)
  15. ^ Robert Lee Hotz (9. ledna 2017). „Vědci navrhují novou teorii původu Měsíce“. Wall Street Journal. Citováno 9. ledna 2017.
  16. ^ Barbuzano, Javier (1. března 2018). „Mohl obrovský dopad odpařit Zemi, aby vytvořil Měsíc?“. Obloha a dalekohled. Citováno 3. března 2018.
  17. ^ Formace Měsíce
  18. ^ A b C d E F Lunární původ. JNení platný odkaz musí být publikací Scientifi
  19. ^ Jewitt, David; Haghighipour, Nader (2007), „Nepravidelné satelity planet: produkty zachycení v rané sluneční soustavě“, Výroční přehled astronomie a astrofyziky, 45 (1): 261–295, arXiv:astro-ph / 0703059, Bibcode:2007ARA & A..45..261J, doi:10.1146 / annurev.astro.44.051905.092459, S2CID  13282788
  20. ^ „Země a Mars se liší od jádra, zjistili vědci“. ScienceDaily. Citováno 2020-09-11.
  21. ^ „Explanatorium“. www.creationtheory.com. Citováno 2020-09-11.
  22. ^ Taylor, Stuart (1998). Osud nebo šance. University Press Cambridge: Cambridge University Press. str. 166. ISBN  0521481783.
  23. ^ „Explanatorium“. www.creationtheory.com. Citováno 2020-09-11.
  24. ^ Taylor, Stuart (1998). Osud nebo šance. Cambridge: Cambridge University Press. str. 132–133. ISBN  0521481783.
  25. ^ Wise, D. U. (1966). "Původ Měsíce štěpením". V Marsden, B. G .; Cameron, A. G. W. (eds.). Systém Země-Měsíc. Boston, MA: Springer. 213–223. doi:10.1007/978-1-4684-8401-4_14. ISBN  978-1-4684-8403-8.
  26. ^ Ampferer, O. (červenec 1925). „Über Kontinentverschiebungen“. Naturwissenschaften (v němčině). 13 (31): 669–675. doi:10.1007 / BF01558835. S2CID  40767867.
  27. ^ A b Formace Měsíce burro.cwru.edu
  28. ^ Odkud pochází Měsíc? BBC
  29. ^ https://phys.org/news/2010-01-moon-nuclear-explosion.html
  30. ^ De Meijer, R.J .; Anisichkin, V.F .; Van Westrenen, W. (2013). „Formování Měsíce z pozemského materiálu bohatého na křemičitany“. Chemická geologie. 345: 40–49. arXiv:1001.4243. Bibcode:2013ChGeo.345 ... 40D. doi:10.1016 / j.chemgeo.2012.12.015. S2CID  55166272.
  31. ^ GSFC
  32. ^ Jutzi, M. (2011). „Formování měsíční vzdálené vysočiny narůstáním doprovodného měsíce“. Příroda. 476 (7358): 69–72. Bibcode:Natur.476 ... 69J. 2011. doi:10.1038 / příroda10289. PMID  21814278. S2CID  84558.
  33. ^ Ukradli jsme náš Měsíc Venuše? Je naše planeta špinavý zloděj?, Populární věda, 09.27.2013 v 17:07
  34. ^ Melanie Barboni; Patrick Boehnke; Brenhin Keller; Issaku E. Kohl; Blair Schoene; Edward D. Young; Kevin D. McKeegan (11. ledna 2017). „Předčasný vznik Měsíce před 4,51 miliardami let“. Vědecké zálohy. 3 (1): e1602365. Bibcode:2017SciA .... 3E2365B. doi:10.1126 / sciadv.1602365. PMC  5226643. PMID  28097222.
  35. ^ Wolpert, Stuart (11. ledna 2017). „Měsíc je starší, než si vědci mysleli, uvádí výzkumný tým pod vedením UCLA“. University of California, Los Angeles.
  36. ^ Heggy, Essam; Palmer, E.M .; Thompson, T.W .; Thomson, B.J .; Patterson, G.W. (2020). „Hromadné složení pokut z regolitu na podlahách měsíčních kráterů: počáteční šetření LRO / Mini-RF“. Dopisy o Zemi a planetách. 541 (116274): 116274. doi:10.1016 / j.epsl.2020.116274.
  37. ^ „Vědci zjistili, že pro Měsíc Země je mladší věk“. phys.org. Citováno 16. srpna 2020.
  38. ^ „Měsíc Země měl oceán magmy 200 milionů let | Vesmír“. LabRoots. Citováno 16. srpna 2020.
  39. ^ Maurice, M .; Tosi, N .; Schwinger, S .; Breuer, D .; Kleine, T. (1. července 2020). „Oceán magmy s dlouhou životností na mladém Měsíci“. Vědecké zálohy. 6 (28): eaba8949. doi:10.1126 / sciadv.aba8949. ISSN  2375-2548. Citováno 16. srpna 2020. CC-BY icon.svg Text a obrázky jsou k dispozici pod a Mezinárodní licence Creative Commons Attribution 4.0.

externí odkazy