13. detsembril 1972 lähenes Apollo 17 astronaut Garisson Schmitt Kuu rahurannikul asuvale rändrahnule. "Sellel rändrahnul on oma väike tee, mis viib otse mäkke," teatas ta oma ülemale Eugene Cernanile, märkides, kus rändrahn enne mäest alla veeremist oli. Cernan võttis mõned proovid.
"Kujutage ette, mis tunne oleks, kui te oleksite seal seisnud enne, kui see rändrahn veereks," sõnas Cernan mõtlikult. "Ma ilmselt ei teeks paremini," vastas Schmitt.
Astronaudid raiusid rändrahnult kuutükke. Seejärel kraapis Schmitt reha abil tolmuse pinna ära ja tõstis üles veeris, mida hiljem kutsutaks troktoliidiks 76536.
See kivi ja selle rändrahnud pidid rääkima loo sellest, kuidas meie kuu tekkis. Selles loomisloos, mis on viimase neljakümne aasta jooksul lugematutes õpikutes ja teadusmuuseumi eksponaatides salvestatud, sulas Kuu idane Maa ja Marsi suurusega tahke maailma katastroofilisest kokkupõrkest. Teist maailma hakati nimetama Teiaks pärast Kreeka jumalannat, kes sünnitas Kuu Selene. Theia kukkus Maa sisse nii kõvasti, et mõlemad maailmad sulasid. Theia välja visatud sulamaterjali voolud jahtusid ja tahkestuvad, moodustades hõbedase kaaslase, keda me kõik hästi tunneme.
Kuid troktoliidi 76536 ja muude Kuust ja Marsist pärit kivimite tänapäevased mõõtmised on selle teooria kahtluse alla seadnud. Viimase viie aasta jooksul on mitu uuringut avastanud probleemi: kanoonilise hiiglasliku kokkupõrke hüpotees põhineb eeldustel, mis ei vasta tõenditele. Kui Theia tabas Maad ja moodustas hiljem Kuu, tuleb Kuu teha Theia materjalist. Kuid Kuu pole selles mõttes nagu Theia - ega Mars. Aatomite jaoks näeb see välja peaaegu samasugune nagu Maa.
Selle ebakõlaga silmitsi otsisid Kuu-uurijad uusi ideid, et mõista, kuidas Kuu tekkis. Kõige ilmsem lahendus võib olla kõige lihtsam, kuid see tekitab noore päikesesüsteemi mõistmisel muid probleeme: võib-olla moodustas Theia Kuu, kuid Theia koosnes ka ainest, mis on peaaegu identne maaga. Teise võimalusena segati kokkupõrkeprotsessis kõik, homogeniseerides koogi üksikud tükid ja vedelikud, mis seejärel tükkideks lõigati. Sel juhul pidi kokkupõrge olema äärmiselt võimas või neid pidi olema mitu. Kolmas selgitus seab kahtluse alla meie arusaamise planeetidest. Võib juhtuda, et Maa ja Kuu, mis me täna oleme, on läbi elanud kummalisi metamorfoose ja metsikuid orbitaaltantse, mis on nende pöörlemist ja tulevikku kardinaalselt muutnud.
Reklaamvideo:
Teia jaoks halvad uudised
Et mõista, mis võis Maa jaoks kõige tähtsamal päeval juhtuda, peate kõigepealt mõistma Päikesesüsteemi noorust. Neli ja pool miljardit aastat tagasi oli Päike ümbritsetud sõõrikujulise prügi kuuma pilvega. Täheelemendid keerlesid ümber meie vastsündinud päikese, jahutades ja - aastate jooksul - sulandudes kokku protsessi, mida me ei mõista täielikult. Esiteks klompidesse, siis tasapinnalistesse piltidesse, seejärel planeetidesse. Need tahked ained olid jäigad ja põrkusid sageli kokku, aurustusid ja ilmusid uuesti. Just selles uskumatult kõvas tähelises piljardis sepistati Maa ja Kuu.
Tänase Kuu saamiseks oma suuruse, pöörde ja kiirusega, millega see Maast kaugeneb, ütlevad meie parimad arvutimudelid, et ükskõik, millega Maa kokku põrkub, peab see olema midagi Marsi suurust. Kõik, mis enam-vähem moodustaks, tooks juba süsteemi, millel on palju suurem nurkkiirus kui me vaatleme. Suurem mürsk viskaks Maa orbiidile ka liiga palju rauda ja tooks Kuu raua poolest palju rikkamaks, kui me täheldame.
Troktoliidi 76536 ja teiste kivimite esimesed geokeemilised uuringud toetasid seda lugu. Nad näitasid, et Kuukallid pidid sündima magma Kuu ookeanis, mis võib omakorda ilmneda hiiglasliku kokkupõrke tagajärjel. Troktoliit hõljus sulameres nagu jäämägi Antarktikas. Nendele füüsilistele piirangutele tuginedes otsustasid teadlased, et Kuu tehti Theia jäänustest. Kuid probleem on olemas.
Läheme tagasi noore päikesesüsteemi juurde. Kui tahked maailmad põrkasid kokku ja aurustusid, siis nende sisu segunes, settides lõpuks eraldi piirkondadesse. Päikesele lähemal, kus oli kuumem, kuumutasid kergemad elemendid tõenäolisemalt ja pääsesid neist välja, jättes üleliigsed rasked isotoobid (elementide variatsioonid täiendavate neutronitega). Päikesest kaugemal suutsid kivimid rohkem vett hoida ja kergemad isotoobid jäid alles. Seetõttu saab teadlane uurida isotoopide segu, et teha kindlaks, millises päikesesüsteemi osas see ilmus, just nagu aktsent reedab inimese kodumaad.
Need erinevused on nii tugevad, et neid kasutatakse planeetide ja meteoriitide tüüpide klassifitseerimiseks. Mars on näiteks Maast nii erinev, et selle meteoriite saab tuvastada lihtsalt kolme erineva hapnikuisotoobi suhte mõõtmisega.
Aastal 2001, kasutades täiustatud massispektromeetria tehnikaid, uurisid Šveitsi teadlased uuesti troktoliiti 76536 ja muid Kuu proove. Selgus, et nende hapniku isotoobid on Maa omast eristamatud. Geokeemikud on pärast seda uurinud Maal titaani, volframi, kroomi, rubiidiumi, kaaliumi ja muid mitte nii tavalisi metalle - ja nad nägid kõik välja üsna ühesugused.
See on Teia jaoks halb uudis. Kui Mars on Maast nii erinev, peab Theia - ja seetõttu ka Kuu - olema erinev. Kui need on samad, tähendab see, et Kuu oleks pidanud moodustuma Maa suladest tükkidest. Selgub, et Apollo kogutud kivid on otseselt vastuolus füüsika nõudmistega.
"Kaanoniline mudel on tõsises kriisis," ütleb Davise California ülikooli planeediteadlane Sarah Stewart. "Ta pole veel täielikult tapetud, kuid praegune seis on see, et ta ei tööta."
Aurikuu
Stewart on uute geokeemiliste tõendite taustal proovinud selle probleemi füüsilisi piiranguid - vajadust kindla suurusega löögikeha järele, mis liiguks kindla kiirusega - ümber mõelda. Aastal 2012 tegid tema ja Matiya Zhuki, kes on nüüd SETI instituudis, Kuu moodustamiseks uue füüsilise mudeli. Nad väitsid, et noor Maa oli ketrav derviš, kelle päev kestis kaks kuni kolm tundi, kui Theia teda tabas. Kokkupõrge tekitas Maa ümber ketta - nagu Saturni rõngas -, kuid see kestis vaid 24 tundi. Lõppkokkuvõttes jahtus ketas kuu moodustamiseks ja tahkus.
Superarvutid ei ole selle protsessi täielikuks simuleerimiseks piisavalt võimsad, kuid nad on näidanud, et nii kiiresti keerlevasse maailma sattunud mürsk võib piisavalt maad maha raiuda, Theia täielikult hävitada ja kraapida mõlemalt küljest piisavalt nahka, et luua Kuu ja Maa vahel samad isotoopsuhted. Nagu pottsepp ratturil.
Kiiresti pöörleva Maa seletuse õigsuse tagamiseks peab aga olema midagi muud, mis aeglustaks planeedi pöörlemiskiirust praegusesse olekusse. Stewart ja Chuck väitsid oma 2012. aasta paberväljaandes, et orbitaal-resonantsi teatud koostoimete korral oleks Maa pidanud päikesesse nurkkiiruse andma. Hiljem pakkus Jack Wisdom Massachusettsi tehnoloogiainstituudist välja mitu alternatiivset stsenaariumi nurgaimpulsi eraldamiseks Maa-Kuu süsteemist.
Ükski seletustest ei olnud rahuldav. 2012. aasta mudelid pole kunagi suutnud selgitada Kuu orbiiti ega selle keemiat, väidab Stewart. Ja nii esitaski möödunud aastal Harvardi lõpetanu ja Stuarti tudeng Simon Locke ajakohastatud mudeli, mis soovitas varem nägemata planeedistruktuuri.
Tema arvates aurustus iga Maa ja Teia tükk ning moodustas paksu sõõriku kujul paistes paistes pilve. Pilv pöörles nii kiiresti, et jõudis punkti, mida nimetatakse kaaspööramise piiriks. Selle pilve välisserva ümber tiirles aurustunud kivim nii kiiresti, et pilv võttis uue struktuuri, paksu kettaga tiirledes sisemise piirkonna ümber. Oluline on see, et ketast ei eraldatud keskpiirkonnast samamoodi nagu Saturni rõngaid.
Selle struktuuri tingimused on kirjeldamatult põrgulised; sulatatud kivimi pilvede asemel pole pinda, kusjuures iga pilveala moodustab sula kivimi vihmapiisad. Kuud kasvasid selles aurus, ütles Locke, enne kui aur lõpuks maha jahtus ja Maa-Kuu süsteemi maha jättis.
Arvestades struktuuri ebaharilikke omadusi, leidsid Locke ja Stewart, et see väärib uut nime. Nad proovisid mitmeid versioone, enne kui jõudsid "sünestia" juurde, mis kasutab kreeka eesliidet "patt", mis tähendab "koos", ja jumalanna Hestia, mis esindab kodu, kolde ja arhitektuuri. See sõna tähendab "ühendatud struktuuri", ütleb Stewart.
“Need kehad pole need, mida te arvate. Ja nad ei näe välja sellised, nagu te arvasite, et nad näeksid välja."
Mais avaldasid Locke ja Stewart paberi sünesteesia füüsikast; nende töö Kuu sünesteesia osas on endiselt pooleli. Nad esitlesid seda planeedikonverentsil ja ütlesid, et nende kolleegid olid huvitatud, kuid vaevalt selle mõttega nõus. Võib-olla sellepärast, et sünestia jääb ainult ideeks; erinevalt rõngastatud planeetidest, mida on Päikesesüsteemis palju, ja protoplanetaarsetest ketastest, mida on universumis palju, pole keegi kunagi näinud ühtegi.
Kuid see on lõbus viis selgitada meie Kuu iseärasusi, kui meie mudelid justkui ei tööta.
Kümme kuud
Päikesesüsteemi looduslike satelliitide hulgast võib Maa kuu oma üksinduse tõttu kõige hämmastavam olla. Merkuuril ja Veenusel puuduvad looduslikud satelliidid, osaliselt nende läheduse tõttu päikesele, mille gravitatsiooniline efekt muudab satelliitide orbiidid ebastabiilseks. Marsil on pisikesed Phobos ja Deimos, mis mõnede arvates on asteroidide poolt kinni püütud; teised räägivad Marsile langevate suurte kehade poolt. Gaasihiiglastel on palju satelliite, nii kõvasid kui ka pehmeid.
Erinevalt neist satelliitidest paistab Maa satelliit silma ka oma suuruse ja sellega kaasneva füüsilise koormuse poolest. Kuu moodustab massist Maast alla 1% ja väliste planeetide satelliitide kogumass on alla 1/10 protsenti nende vanematest. Veelgi olulisem on see, et Kuu moodustab 80% Maa süsteemi nurkkiirusest -
Kuu. Teisisõnu, Kuu moodustab kogu süsteemi liikumisest 80%. Välisplaneetide puhul on see väärtus väiksem kui 1%.
Võib-olla ei kandnud Luna kogu seda koormust alati. Satelliidi näol on näha tõsiseid pommitamisi; Miks peaksime siis eeldama, et vaid üks löök vormistas kuu maast välja? Iisraelis Weizmani teadusinstituudi planeediteadlase Raluka Rufu sõnul võis kuu tekkida paljude kokkupõrgete käigus.
Eelmisel talvel avaldatud artiklis väitis ta, et Maa satelliit ei pruugi olla originaalne. Selle asemel sai sellest tuhandete - vähemalt kümne - tükkide kollektsioon, mis põhineb tema arvutustel. Kuulid lendasid Maa suhtes erinevate nurkade ja erineva kiirusega ning moodustasid kettad, mis sulandusid "kuude prahti", pimestades lõpuks kuu, mida me täna teame.
Planeediteadlased märkisid tema tööd. Edela-uuringute instituudi kuuteadlane ja Kuu moodustumise teooriate ekspert Robin Canup ütleb, et teooria on kaalumist väärt. Siiski on vaja rohkem uurida. Rufu pole kindel, kas praht liikus samas suunas, just nagu kuu vaataks pidevalt samas suunas. Kui jah, siis kuidas nad oleks võinud üldse ühineda? Seda tuleb veel vaadata.
Samal ajal on teised pöördunud Maa ja Kuu sarnasuste veel ühe selgituse poole, millele võiks olla väga lihtne vastus. Sünteesidest kuni kuvarihmadeni võivad uued füüsikamudelid ja uus füüsika olla vastuolulised. Võib-olla on Kuu sarnane Maaga ainult seetõttu, et Theia oli sarnane.
Sama
Kuu pole Päikesesüsteemi ainus "maine" asi. Kivimitel nagu troktoliit 76536 on sama hapniku isotoopide suhe nagu maapealsetel kivimitel, aga ka asteroidide rühmadel - enstatiidikondrititel. Nende asteroidide hapniku isotoobid on sarnased Maal leiduvatele, ütles kosmoseemik Miriam Telus, kes uurib meteoriite Washingtoni Carnegie Instituudis. "Üks argumente on see, et need moodustasid ketta kuumad alad, mis võiksid olla päikesele lähemal," ütleb ta. Võimalik, et nad on tekkinud Maa lähedal.
Mõned neist kivimitest moodustasid Maa; teised moodustasid Theia. Enstaatiitsed chondritid on jääkivimid, mida pole kunagi kogutud ega kasvanud piisavalt suureks, et moodustada vahevöö, südamik ja täielikult moodustatud planeet.
Jaanuaris ütles Chicago ülikooli geofüüsik Nicholas Daufas, et enamik Maast saanud kivimeid olid enstatiiditüüpi meteoriidid. Ta väitis, et kõik, mis ühes piirkonnas moodustus, kogutakse neilt. Planeediehitus toimus samade segamaterjalide abil, mida me nüüd Maalt ja Kuult leiame; nad näevad välja samad, sest nad on samad. Kuu moodustanud hiiglasel kehal oli isotoopne koostis sarnane Maa omaga.
California tehnoloogiainstituudi planeediteadlane David Stevenson, kes on uurinud Kuu päritolu pärast Theia hüpoteesi esmakordset esitamist 1974. aastal, ütleb, et peab seda tööd viimase aasta vaidluste kõige olulisemaks panuseks. Sest see keskendub probleemile, mida geokeemikud on püüdnud lahendada aastakümneid.
"See on nutikas lugu sellest, kuidas tuleks vaadata erinevaid Maale jõudvaid elemente," räägib Stevenson.
Kuid mitte kõik pole sellega nõus. Stewart märgib, et endiselt on küsimusi elementide, näiteks volframi isotoopse suhte kohta. Volfram-182 on saadud hafnium-182-st, seega toimib volframi ja hafniumi suhe kindla kivi vanuse määramiseks nagu kell. Kui ühel kivimil on rohkem volfram-182 kui teisel, võite julgelt öelda, et volframirikas kivim moodustus varem. Kuid kõige täpsemad mõõtmised näitavad, et volframi ja hafniumi suhe on Maa ja Kuu jaoks sama. Kaks keha pidid selleks toimuma eritingimustes.
Põhineb Quanta materjalidel
Ilja Khel
