Teoria wielkiego zderzenia
Hipoteza gigantycznego zderzenia zakłada, że Księżyc powstał z odłamków powstałych w wyniku zderzenia młodej Ziemi z protoplanetą wielkości Marsa. Jest to preferowana hipoteza naukowa dotycząca powstania Księżyca.
Dowody na tę hipotezę pochodzą z próbek księżyca, które pokazują, że:
- że powierzchnia Księżyca była kiedyś stopiona
- pozornie stosunkowo małe żelazne jądro Księżyca i mniejsza gęstość niż na Ziemi, oraz
- dowody na istnienie podobnych kolizji w innych układach gwiezdnych (w wyniku których powstają "dyski odłamkowe")
Zderzające się ciało jest czasami nazywane Theia od imienia mitycznego greckiego tytana, który był matką Selene, bogini księżyca.
Istnieje kilka kwestii, na które nie ma odpowiedzi w tej hipotezie. Stosunki izotopowe księżycowego tlenu są zasadniczo identyczne jak na Ziemi, bez dowodów na udział innego ciała słonecznego. Również próbki księżycowe nie mają oczekiwanych proporcji pierwiastków lotnych, tlenku żelaza czy pierwiastków siderofilnych (pierwiastków chemicznych, które łączą się z żelazem), a nie ma dowodów na to, że Ziemia kiedykolwiek miała magmowy ocean, o którym mówi ta hipoteza.
Artystyczne zdjęcie gigantycznego zderzenia, które prawdopodobnie uformowało Księżyc
Kontekst
Stosunkowo duży naturalny satelita Ziemi, Księżyc, jest wyjątkowy. Podczas programu Apollo na Ziemię przywieziono skały z powierzchni Księżyca. Datowanie radiometryczne tych skał wykazało, że Księżyc ma 4527 ± 10 milionów lat, czyli jest o około 30 do 55 milionów lat młodszy niż inne ciała w Układzie Słonecznym. Nowe dowody sugerują, że Księżyc uformował się jeszcze później, 4,48±0,02 Ga, czyli 70-110 mln lat po powstaniu Układu Słonecznego. Inną godną uwagi cechą jest stosunkowo niska gęstość Księżyca, co musi oznaczać, że nie posiada on dużego metalicznego jądra, które posiadają inne ciała lądowe w Układzie Słonecznym. Księżyc ma skład zbliżony do płaszcza i skorupy ziemskiej, bez jądra Ziemi. Doprowadziło to do powstania hipotezy gigantycznego zderzenia: idei, że Księżyc powstał podczas gigantycznego zderzenia protoziemi z inną protoplanetą.
Uważa się, że impaktor, czasami nazywany Theia, był nieco mniejszy od planety Mars. Theia zderzyła się z Ziemią około 4,533 Ga. Modele ujawniają, że gdy impaktor tej wielkości uderzył w protoziemię pod niskim kątem i ze stosunkowo niewielką prędkością (8-20 km/s lub 5,0-12,4 mi/s), wiele materiału z płaszcza (i protoskorupy) protoziemi i impaktora zostało wyrzuconych w przestrzeń kosmiczną, gdzie duża jego część pozostała na orbicie wokół Ziemi. Materiał ten ostatecznie uformowałby Księżyc.
Jednak metaliczne rdzenie impaktora przebiłyby się przez płaszcz Ziemi i połączyły z jądrem Ziemi, pozbawiając Księżyc metalicznego materiału. Hipoteza gigantycznego zderzenia wyjaśnia więc nietypowy skład Księżyca. Ejecta na orbicie wokół Ziemi mogły w ciągu kilku tygodni skondensować się w jedno ciało. Pod wpływem własnej grawitacji wyrzucony materiał stał się bardziej kulistym ciałem - Księżycem.
Wieki radiometryczne wskazują, że Ziemia istniała już co najmniej 10 milionów lat przed zderzeniem, czyli wystarczająco dużo czasu, aby umożliwić zróżnicowanie prymitywnego płaszcza i jądra Ziemi. Następnie, gdy nastąpiło uderzenie, tylko materiał z płaszcza został wyrzucony, pozostawiając nietknięte jądro Ziemi zawierające ciężkie pierwiastki.
Konsekwencje
Uderzenie to miało ważne konsekwencje dla młodej Ziemi. Wyzwoliło ogromną ilość energii, powodując całkowite stopienie zarówno Ziemi, jak i Księżyca. Bezpośrednio po uderzeniu płaszcz Ziemi ulegał intensywnej konwekcji, a powierzchnia była wielkim magmowym oceanem. Pierwsza atmosfera planety musiała zostać całkowicie zdmuchnięta przez ogromną ilość uwolnionej energii. Uważa się, że uderzenie zmieniło również oś Ziemi, powodując duże nachylenie osiowe 23,5°, które jest odpowiedzialne za występowanie pór roku na Ziemi (prosty, idealny model powstania planet miałby nachylenie osiowe 0° bez rozpoznawalnych pór roku). To mogło również przyspieszyć obrót Ziemi.
Najnowsze dowody
Analiza skał księżycowych przywiezionych przez astronautów Apollo wydaje się wykazywać ślady Theia. Naukowcy twierdzą, że potwierdza to teorię, że Księżyc powstał w wyniku kataklizmicznego zderzenia. Niektórzy naukowcy są zaskoczeni, że różnica między materiałem Theian znalezionym w skałach Księżyca i Ziemi jest tak mała.
Pytania i odpowiedzi
P: Czym jest hipoteza gigantycznego impaktu?
O: Hipoteza gigantycznego zderzenia zakłada, że Księżyc powstał z odłamków powstałych w wyniku zderzenia młodej Ziemi z protoplanetą wielkości Marsa.
P: Jakie są dowody na hipotezę gigantycznego zderzenia?
O: Dowody na poparcie tej hipotezy pochodzą z próbek Księżyca, które pokazują, że powierzchnia Księżyca była kiedyś stopiona, jego najwyraźniej stosunkowo małe żelazne jądro i mniejsza gęstość niż Ziemi, a także dowody na podobne zderzenia w innych układach gwiezdnych (które skutkują "dyskami gruzu").
P: Jaką nazwę nadano zderzającemu się ciału w hipotezie gigantycznego zderzenia?
O: Zderzające się ciało jest czasami nazywane Theia od mitycznej greckiej tytanki, która była matką Selene, bogini księżyca.
P: Jakie kwestie pozostają bez odpowiedzi w hipotezie gigantycznego zderzenia?
O: Kwestie bez odpowiedzi związane z tą hipotezą są takie, że księżycowe proporcje izotopowe tlenu są zasadniczo identyczne jak na Ziemi, bez dowodów na wkład innego ciała słonecznego, próbki księżycowe nie mają oczekiwanych proporcji pierwiastków lotnych, tlenku żelaza lub pierwiastków syderofilnych (pierwiastków chemicznych, które wiążą się z żelazem) i nie ma dowodów na to, że Ziemia kiedykolwiek miała ocean magmy sugerowany przez hipotezę.
P: Jaka jest preferowana hipoteza naukowa dotycząca powstania Księżyca?
O: Faworyzowaną hipotezą naukową dotyczącą powstania Księżyca jest hipoteza gigantycznego uderzenia.
P: Jaka jest gęstość Księżyca w porównaniu do Ziemi?
O: Księżyc ma mniejszą gęstość niż Ziemia.
P: Czym jest mityczny grecki Tytan powiązany z Księżycem w hipotezie gigantycznego zderzenia?
O: W hipotezie gigantycznego zderzenia, zderzające się ciało jest czasami nazywane Theia od mitycznego greckiego Tytana, który był matką Selene, bogini Księżyca.
