Nedslagsteorien

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
En kunstners forestilling av sammenstøtet som man antar kan ha stått for dannelsen av månen.

Nedslagsteorien framstiller månens dannelse som et resultat av en kollisjon mellom en ung jord og et Mars-lignende objekt. Denne framstillingen er den for tiden mest anerkjente teorien[1] for dannelsen av månen. Blant de bevis som understøtter teorien, er prøver fra månens overflate, som indikerer at månen en gang har vært i smeltet tilstand, månens tilsynelatende beskjedne kjerne av jern, månens densitet som er mindre enn jordens, og bevis for lignende kollisjoner i andre solsystem, med fragmentskiven rundt stjernen som resultat. Objektet som skal ha kollidert med jorden, blir noen ganger omtalt som Theia, som i gresk mytologi var mor til månegudinnen Selene.[2][3]

Det er fortsatt uoppklarte elementer i forbindelse med teorien. Oksygenets sammensetning av isotoper er tilnærmet identisk på månen og på jorden, uten tegn til innblanding fra et annet himmellegeme.[4] Prøver fra månens overflate har heller ikke forventede mengder av enkelte grunnstoffer og kjemiske forbindelser ut fra sammensetningen som er vanlig på jorden, og det er heller ingen bevis for at jorden noen gang har hatt magmahavet som implisert må ha vært der i henhold til teorien.

Opprinnelse[rediger | rediger kilde]

I 1898 foreslo den britiske astronomen og matematikeren George Darwin at jorden og månen en gang kunne ha vært samme legeme. Darwins hypotese gikk ut på at en måne i flytende form hadde blitt slynget ut fra jorden på grunn av sentrifugalkraften, en teori som ble den tids akademiske forklaring på månens opprinnelse.[5] Ved å benytte Newtonisk mekanikk hadde han beregnet at månen tidligere hadde gått i bane betydelig nærmere jorden, og at den gradvis driver bort fra jorden, noe som senere ble bekreftet ved amerikanske og sovjetiske eksperimenter med lasermålinger av bestemte objekter på månen.

Darwins beregninger kunne imidlertid ikke løse problemet med hvordan månen kunne spores tilbake til jordens overflate. I 1946 utfordret imidlertid Reginald A. Daly ved Harvard University Darwins forklaring med en justering av teorien, hvor dannelsen av månen ble forklart som et resultat av et sammenstøt heller enn ved hjelp av sentrifugalkraft.[6] Dalys nye teori fikk imidlertid liten oppmerksomhet, helt til en konferanse om satellitter i 1974, hvor den ble reintrodusert. Den ble da utgitt i tidsskriftet Icarus i 1975 av professor William K. Hartmann og professor Donald R. Davis. I deres modell ble det foreslått at det ved slutten av perioden hvor planetene ble dannet, også var blitt dannet flere objekter på størrelse med satellitter, som kolliderte eller ble fanget opp av planetene. De foreslo at en av disse objektene kan ha kollidert med jorden, og at ildfast, kompakt støv utformet jorden. Kollisjonen kunne forklare månens unike geologiske egenskaper.[7]

En lignende tilnærming ble antatt av Alfred G. W. Cameron og William Ward, som foreslo at månen ble dannet av et tangentielt sammenstøt med et objekt på størrelse med Mars. De ytre silikatene fra det kolliderende objekt ville for det meste fordampe, en metallisk kjerne ville ikke. På grunn av dette ville derfor det meste av materien sendt i bane rundt jorden, bestå av silikater, og i samlet tilstand framstå som en satellitt med relativt liten kjerne av jern. Den mere volatile delen av materie etter en slik kollisjon, ville unnslippe solsystemet, mens silikatene ville tendere til samle seg.[8]

Theia[rediger | rediger kilde]

Den hypotetiske protoplaneten er oppkalt etter Theia, gudinne og titan i gresk mytologi, og mor til Selena, månegudinnen. Ifølge nedslagsteorien ble Theia dannet, sammen med andre objekter på størrelse med planetene i solsystemet, for 4,6 milliarder år siden, og var anslagsvis på størrelse med Mars.

En foreslått mulig versjon av kollisjonen sett fra jordens sørside.

En formasjonjsteori går ut på at Theia materialiserte seg ved L4 eller L5 L-punkter i forhold til jorden (i samme bane og omlag 60° foran eller bak),[1] på samme måte som de trojanske asteroider.[9] Theias banestabilitet ble forstyrret da objektets masse oversteg omlag 10 % av jordens.[1] Gravitasjonelle uroligheter forårsaket av planetesimaler forårsaket at Theia avvek fra sin stabile Lagrange-posisjon, og inkonsekvente bevegelser i forhold til protojorden førte til de to objektenes kollisjon.[1]

Astronomer mener kollisjonen mellom Jorden og Theia skjedde for omlag 4,53 milliarder år siden, omlag 30-50 millioner år etter dannelsen av solsystemet. Nye beviser, presentert i 2008, tyder imidlertid på at kollisjonen kan ha skjedd noe senere, for omlag 4,48 milliarder år siden.[10]

Sammenstøtet[rediger | rediger kilde]

I astronmisk målestokk kan man si at et sammenstøt ville ha funnet sted i beskjeden hastighet. Man antar at Theia må ha truffet jorden fra en skrå vinkel på et tidspunkt da jorden var tilnærmet ferdig dannet. Datasimuleringer av et scenario med et sammenstøt som beskrevet, anslår en vinkel for nedslaget på rundt 40°, og en hastighet for kolliderende objekt på under 4 km/s.[11] Theias jernkjerne sank inn i jordens kjerne, og det meste av Theias mantel, og en betydelig del av den unge jordens mantel, ble knust og sendt i bane rundt jorden. Denne materien samlet seg raskt og dannet månen (muligens innen en måned, men ikke på lengre tid enn et århundre). Beregninger basert på datasimuleringer av en slik hendelse, anslår at vel to prosent av Theias opprinnelige masse endte opp i en støvring i bane rundt jorden, og at omlag halvparten av denne materien ville ha blitt samlet under dannelsen av månen. Jorden ville ha fått et betydlig tilskudd av drivmoment og masse fra en slik kollisjon. Uavhengig av hvilken rotasjon og helling jorden måtte ha før sammenstøtet, ville jordens rotasjonstid ha endret seg til vel fem timer, og dens ekvator ville ha blitt dreid mot månens plan.

Det er blitt foreslått at også andre betydelige objekter kunne ha blitt dannet som et resultat av sammenstøtet, objekter som kan ha gått i bane mellom jorden og månen, fanget i Lagrange-punkt. Slike objekter kan ha vært i jord-måne-systemet i opptil 100 millioner år, inntil gravitasjonell påvirkning fra andre planeter destabilserte systemet nok til å fri objektet fra dets bane.[12]

Bevis[rediger | rediger kilde]

Animasjon som viser et mulig scenario for dannelsen av Theia i jordens L5-punkt, og hvordan objektet drives inn i sammenstøt med jorden. Animasjonen viser prosessen i steg på ett år (fram til sammenstøtet), slik at det ser ut som at jorden ikke beveger seg. Innfallsvinkelen for animasjonen er fra over sydpolen.

Indirekte bevis for nedslagsscenarioet kommer fra månesteiner samlet i forbindelse med månelandingene gjennom Apollo-programmet. Disse viser at ratioen av ulike isotoper av oksygen er tilsvarende de man finner på jorden. Månens rike forekomster av Anortositt, såvel som de rike KREEP-forekomstene, styrket ideen om at en stor del av månen en gang må ha vært flytende, og nedslagsscenarioet kunne lett ha tilført nok energi til månens magmahav. Videre vises det til at dersom månen har en kjerne av jern, , må den være relativt beskjeden. I all hovedsak viser densitet, treghet, rotasjonsmønster og magnetisk induksjon at kjernens diameter er mindre enn 25 % av månens radius, i motsetning til omlag 50 % for steinplanetene. Foreløpige funn styrker teorien om at månen i all hovedsak er dannet av mantlene fra jorden og nedslagsobjektet, at kjernen ble en del av jorden, og gir også en tilfredsstillende forklaring på forholdet i helning mellom jorden og månens bane.[13]

Varmt silikaholdig støv og større mengder SiO-gass, produkter etter kollisjoner i høy hastighet (mer enn 10 km/sek) av objekter i stein har blitt påvist rundt stjernen HD172555, som er bare omlag 12 millioner år, i Beta Pic-systemet ved hjelp av Spitzer Space Telescope.[14] Et belte av varmt støv i en avstand på 0,25 til 2 AE rundt den unge stjernen HD 23514 i Pleiadene framstår slik man har beregnet resultatet ville blitt etter en kollisjon mellom jorden og Theia.[15] Et lignende tilfelle av et belte av varmt støv rundt en stjerne har man oppdaget rundt BD +20°307 (HIP 8920, SAO 75016).[16]

Problemer med teorien[rediger | rediger kilde]

Denne teorien for månens opprinnelse har fortsatt noen uoppklarte elementer som gjenstår å få oppklart. Disse inkluderer:

  • Sammensetningsforholdet for volatile grunnstoffer på månen kan ikke forklares med nedslagsteorien. Dersom nedslagsteorien stemmer, må denne være forårsaket av annen årsak.[17]
  • Det er ingen bevis for at jorden noen gang har hatt et magmahav (en av forutsetningene i nedslagsteorien), og det er sannsynlig at det er materie på jorden som aldri har blitt til via et magmahav.[17]
  • Månens innhold av jernoksid (FeO) (13 %), som ligger midt mellom mars (18 %) og jordens (8 %), utelukker muligheten for at det meste av månens materie har sin opprinnelse fra jordskorpen.[18]
  • Dersom månen hadde fått det meste av materien fra nedslagsobjektet, skulle månen være rik på siderofile grunnstoff. På månen er forekomster av disse fattige.[19]
  • Funn av volatil materie, slik som vann bundet i basaltsteiner på månen, er vanskelige å forklare dersom sammenstøtet skapte varmen som ifølge scenarioet skulle til.[20]
  • Månens isotopsammensetning for oksygen er lik den man finner på jorden. Oksygenets isotopsammensetning, som kan bli målt svært nøyaktig, utgjør en egen og unik signatur for hvert enkelt objekt i solsystemet.[21] Dersom Theia hadde vært en separat proto-planet, ville den sannsynligvis hatt en annen isotopsammensetning for oksygen enn den man finner på jorden, noe som ville gitt utslag i månens blandede materie.[4]

Alternative hypoteser[rediger | rediger kilde]

Andre teorier for månens opprinnelse inkluderer at månen har blitt slynget ut fra den smeltede jordskorpen ved hjelp av sentrifugalkraft,[5] at månen ble dannet et annet sted og senere fanget opp av jordens gravitasjonsfelt,[22] og at månen ble dannet samtidig og på samme sted som jorden fra samme kilde til masse. Ingen av disse teoriene kan forklare de fysiske mekanismene vi finner i jord-månesystemet.[23]

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ a b c d Belbruno, E.; J. Richard Gott III (2005). «Where Did The Moon Come From?». The Astronomical Journal, 129 (3), s. 1724–1745. doi:10.1086/427539. arXiv:astro-ph/0405372. 
  2. ^ Halliday, Alex N. (February 28, 2000). «Terrestrial accretion rates and the origin of the Moon». Earth and Planetary Science Letters, 176 (1), s. 17–30. doi:10.1016/S0012-821X(99)00317-9. 
  3. ^ Wiechert, U.; Halliday, A. N.; Lee, D.-C.; Snyder, G. A.; Taylor, L. A.; Rumble, D. (October 2001). «Science». Science (Science (journal)), 294 (12), s. 345–348. doi:10.1126/science.1063037. PMID 11598294. Besøkt 5. juli 2009. 
  4. ^ a b «Moonwalk». Geological Society of London. September 2009. Besøkt 1. mars 2010. 
  5. ^ a b Binder, A.B. (1974). «On the origin of the Moon by rotational fission». The Moon, 11 (2), s. 53–76. Bibcode:1974Moon...11...53B. doi:10.1007/BF01877794. 
  6. ^ Natland, James H. (2006). «Reginald Aldworth Daly (1871–1957): Eclectic Theoretician of the Earth». GSA Today, 16 (2). doi:10.1130/1052-5173(2006)16. 
  7. ^ Hartmann, W. K.; Davis, D. R. (April 1975). «Satellite-sized planetesimals and lunar origin». Icarus, 24 (4), s. 504–514. Bibcode:1975Icar...24..504H. doi:10.1016/0019-1035(75)90070-6. 
  8. ^ Cameron, A. G. W.; Ward, W. R. (March 1976). «The Origin of the Moon». Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference, 7, s. 120–122. Bibcode:1976LPI.....7..120C. 
  9. ^ Mackenzie, Dana (2003). The Big Splat, or How The Moon Came To Be. John Wiley & Sons. ISBN 9780471150572. 
  10. ^ Halliday, Alex N (November 28, 2008). «A young Moon-forming giant impact at 70–110 million years accompanied by late-stage mixing, core formation and degassing of the Earth». Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences (Philosophical Transactions of the Royal Society), 366 (1883), s. 4163–4181. doi:10.1098/rsta.2008.0209. PMID 18826916. 
  11. ^ Canup, Robin M. (April 2004). «Simulations of a late lunar-forming impact». Icarus, 168 (2), s. 433–456. Bibcode:2004Icar..168..433C. doi:10.1016/j.icarus.2003.09.028. 
  12. ^ Than, Ker (6 May 2008Feil datoformat). «Did Earth once have multiple moons?». New Scientist. 
  13. ^ Canup, R.; Asphaug, E. (2001). «Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation». Nature, 412 (6848), s. 708–712. doi:10.1038/35089010. PMID 11507633. 
  14. ^ Lisse, Carey M.; Chen, C. H.; Wyatt, M. C.; Morlok, A.; Song, I.; Bryden, G.; Sheehan, P. (2009). «Abundant Circumstellar Silica Dust and SiO Gas Created by a Giant Hypervelocity Collision in the ~12 Myr HD172555 System». Astrophysical Journal, 701 (2), s. 2019–2032. doi:10.1088/0004-637X/701/2/2019. 
  15. ^ Rhee, Joseph H.; Song, Inseok; Zuckerman, B. (2007). «Warm dust in the terrestrial planet zone of a sun-like Pleiad: collisions between planetary embryos?». Astrophysical Journal, 675 (1), s. 777–783. doi:10.1086/524935. arXiv:0711.2111v1. 
  16. ^ Song, Inseok; Zuckerman, B.; Weinberger, Alycia J.; Becklin, E. E. (21 July 2005Feil datoformat). «Extreme collisions between planetesimals as the origin of warm dust around a Sun-like star». Nature, 436 (7049), s. 363–365. doi:10.1038/nature03853. PMID 16034411. 
  17. ^ a b Jones, J. H. (1998). «Tests of the Giant Impact Hypothesis». Lunar and Planetary Science, Origin of the Earth and Moon Conference. 
  18. ^ Taylor, Stuart R. (1997). «The Bulk Composition of the Moon» (PDF), 37. Lunar and Planetary Science. Besøkt 21. mars 2010. 
  19. ^ Galimov, E. M.; Krivtsov, A. M. (December 2005). «Origin of the Earth-Moon System». Journal of Earth Systems Science, 114 (6), s. 593–600. doi:10.1007/BF02715942.  [1]
  20. ^ Saal, Alberto E.; et al. (July 10, 2008)). «Volatile content of lunar volcanic glasses and the presence of water in the Moon's interior». Nature, 454 (7201), s. 192–195. doi:10.1038/nature07047. PMID 18615079. Besøkt 30. januar 2010. 
  21. ^ Scott, Edward R. D. (December 3, 2001). «Oxygen Isotopes Give Clues to the Formation of Planets, Moons, and Asteroids». Planetary Science Research Discoveries (PSRD). Besøkt 19. mars 2010. 
  22. ^ Mitler, H. E. (1975). «Formation of an iron-poor moon by partial capture, or: Yet another exotic theory of lunar origin». Icarus, 24 (2), s. 256–268. Bibcode:1975Icar...24..256M. doi:10.1016/0019-1035(75)90102-5. 
  23. ^ Stevenson, D. J. (1987). «Origin of the moon–The collision hypothesis». Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 15 (1), s. 271–315. Bibcode:1987AREPS..15..271S. doi:10.1146/annurev.ea.15.050187.001415.