Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Måne kort, månens oprindelse og alt derimellem

Til venstre:En side fra Rectified Lunar Atlas, viser kanten af ​​Mare Orientale nedslagskrateret, opdaget af William Hartmann i sin tid som kandidatstuderende ved University of Arizona. (Foto:UA Lunar and Planetary Laboratory) Til højre:The Orientale bassin, som afbildet af Lunar Reconnaissance Orbiter i 2010. Kredit:NASA/GSFC/University of Arizona

Månens konsekvente udseende på himlen hver nat kan lune jordboerne til en følelse af fortrolighed, men månen er faktisk et forvirrende sted. Den mangler atmosfære og er knogletør; den kan næppe gøre krav på en central jernkerne; og den har en let skorpe, der kemisk ligner Jorden.

Den bedste forklaring, indtil nu, for eksistensen af ​​en sådan verden blev foreslået af to University of Arizona-alumner, William Hartmann og Donald Davis, 45 år siden. Idéen er inspireret af Hartmanns arbejde som kandidatstuderende under Gerard Kuiper, som betragtes som faderen til moderne planetarisk videnskab og var den stiftende direktør for UA's Lunar and Planetary Laboratory.

Mens du laver Rectified Lunar Atlas - et af de første kort over månen - under højden af ​​rumkapløbet, Hartmann identificerede et gigantisk ringmærket nedslagskrater på siden af ​​månen. Ved at identificere denne funktion, senere navngivet Mare Orientale, inspirerede ham til at overveje konsekvenserne af de største kollisioner i solsystemet.

I 1974, Hartmann og Davis foreslog, hvad der blev kendt som Giant Impact Theory. De teoretiserede, at månen blev dannet, da en planet på størrelse med Mars, kaldet Theia - månens Titan-moder i græsk mytologi - ramte Gaia, den tidlige jord, mere end 4,5 milliarder år siden. Sammenstødet, de foreslog, slyngede det øverste lag af Jorden ud i rummet, hvor affaldet rekombinerede for at danne månen.

Giant Impact Theory har modstået 45 års videnskabelig undersøgelse og er i dag bredt accepteret som månens oprindelse. Endnu, efterhånden som planetforskere fortsætter med at indsamle data om månen og udføre stadig stærkere computersimuleringer af planetdannende kollisioner, teoriens detaljer er blevet optrevlet, fører til et væld af ændrede scenarier.

Måne modeller

Giant Impact Theory ser ud til at redegøre for de mest åbenlyse egenskaber ved månen i dag:Ingen atmosfære, lidt vand og ingen jernkerne. Derudover returnerede Apollo-prøver har vist, at månens sten kemisk ikke kan skelnes fra jordens sten.

På overfladen, ordspil beregnet, dette bekræfter 1974-teorien. Imidlertid, computersimuleringer viser, at det gigantiske standardnedslag ville skabe en måne lavet af den påvirkende planet Theia, ikke jorden, sagde måneekspert Erik Asphaug, UA professor i planetariske videnskaber.

"Hvorfor skulle månen matche, hvis den er lavet af en helt anden planet?" spurgte Asphaug.

Spørgsmålet har ført til mange nye ideer om månens oprindelse. For eksempel, efter at månen størknede, måske senere blev materiale fra Jorden slynget ud og lagt sig ovenpå.

"Ironisk, det ville betyde, at alle de sten, Apollo-astronauterne samlede op, er jordsten, " sagde Asphaug.

Men månen er blevet bombarderet af store nedslag, som graver dybt og burde have kastet de begravede Theia-klipper ovenpå.

Simuleringer ser også ud til at vise, at jo større påvirkningen er, jo mere består månen primært af stødlegemet. Så, en anden nylig undersøgelse tyder på, at i stedet for en Theia, en række af mindre stødlegemer dannede en række mindre måner, hver enkelt mere jordlignende i sammensætning, der faldt sammen til månen.

Desværre, dette ville indebære, at alle slagorganerne skulle slå fra samme retning, hvilket er højst usandsynligt, da impactorer rammer Jorden fra alle vinkler, sagde Asphaug.

En anden potentiel løsning er blevet døbt "Hit and Run".

"Hvis du rammer jorden hårdt og hurtigt nok, Theia bliver ikke ved, " sagde Asphaug.

Hvis Theia blev ved, resultatet kunne være en måne dannet for det meste ud af Jorden. Eller, hvis Theia var en egensindig iskold planet, sådan et hit og run ville fordampe Theia, løse Jord-sten-problemet og forklare, hvorfor Theia ikke er mere.

"Men disse er begge meget usædvanlige, specifikke begivenheder, " sagde Asphaug. "Du får dit wildcard en gang, og det er det."

Asphaug og hans UA-kollega Alexandre Emsenhuber er ved at udvikle deres egen model med måneoprindelse, som viser, at månen kan skabes i et fælles to-trins kæmpenedslag.

De foreslår, at Theia ramte den unge Jord og bremsede ned som følge af et hit-and-run-kollision. Theia blev ved med at kredse om solen, før den igen ramte Jorden - måske en million år senere - og denne gang dannede månen i en langsom fusion, der ligner den standardteori, der oprindeligt blev foreslået af Hartmann og Davis.

"Hvis du allerede har haft et par gigantiske påvirkninger med Jorden, dine kompositioner vil blive blandet til at begynde med, " sagde Asphaug.

Mange af disse ideer antager en impactor af anden sammensætning end Jorden, Hartmann sagde:men videnskabsmænd ved nu, at visse meteoritter – og deres moderkroppe – havde sammensætninger, der ligner Jorden.

"En kæmpe impactor lavet af det materiale ville løse mange af problemerne med månens oprindelse, " han sagde.

Et dybere blik

Under rumkapløbet, University of Arizona kortlagde månen, og universitetets alumner og forskere har finpudset teorien om månens oprindelse. I dag, UA-forskere sonderer dybt ind i månen for at afsløre flere af dens hemmeligheder.

For at forstå månens indre struktur, lektor i planetariske videnskaber Jeff Andrews-Hanna har ledet flere undersøgelser ved hjælp af gravitationsdata indsamlet af NASAs Gravity Recovery and Interior Laboratory, eller GRAL, mission. GRAIL-data besvarede nogle spørgsmål, men har også afsløret nye mysterier om månen, som fremtidige undersøgelser skal løse. For eksempel, GRAL-data har vist, at månen er skæv.

Asphaug har foreslået, at en langsom sammensmeltning af to måner, som han kaldte en "gigantisk splat, "kan være ansvarlig for skævheden. Den bjergrige fjernside, han sagde, kan være en anden måne, der langsomt kolliderede med den første og dannede en forkølelse, tykt lag.

"De fleste af disse ideer vil enten blive støttet eller slået ihjel i den kommende anden alder af måneudforskning, " sagde Asphaug.

GRAIL-missionen har også afsløret, at månens nærside krydses af skjulte tektoniske strukturer under de mørke vulkanske sletter. Der er også nedslagsbassiner og andre geologiske træk, der er usynlige for det blotte øje, men kaste lys over månens vulkanske fortid.

Andrews-Hanna er begejstret for de data, der er blevet indsamlet om månen, siden Giant Impact Theory blev foreslået, inklusive topografi, tyngdekraft, synlige billeder, spektrale data, prøver, seismiske data, termiske data og elektromagnetiske data.

"Månen er unik ved at have alle disse datasæt, hvoraf mange går tilbage til Apollo, og mange er et resultat af vores igangværende udforskning, " sagde han. "En frustrerende ting ved Apollo-missionerne er, at de alle var samlet i et lille område af den nærmeste side af månen. Jeg spekulerer på, om Apollo er repræsentativ for månen som helhed eller bare den nærmeste side?"

Han håber, at fremtidige missioner til den fjerne side af månen kan hjælpe med at besvare dvælende spørgsmål.

"Vi ved så meget om månen, dog så lidt for en krop så tæt på. Der er store grundlæggende spørgsmål at besvare, " sagde Andrews-Hanna. "Dette er en spændende tid for månevidenskab. Når vi først lærer noget om månen, så kan vi udvide vores forståelse til andre kroppe i vores solsystem."


Varme artikler