Hvordan videnskabsmænd sammensætter månens historie

I solsystemets tidlige dage, en første Jord menes at være blevet pulveriseret af en planet, som forskerne kalder Theia. Vi ved ikke, hvad det var lavet af, eller hvor det kom fra, kun at det kan have været på størrelse med Mars. Den kraftige kollision ødelagde begge planeter så fuldstændigt, at forskerne kun kan gætte, hvordan de var.

Hvad forskerne er mere sikre på er, at de to planeter blev til en masse af smeltet materiale, der gradvist afkølede til at danne Jorden og månen.

"Denne smeltede masse roterede rundt og dannede en skive, som eksisterede i nogle dage. Temperaturen, som var meget høj, afkølede langsomt, og alt tungt smeltede sammen og dannede Jorden i dag, " sagde Dr. Razvan Caracas, en fysiker, der studerer planeternes indre ved det franske nationale center for videnskabelig forskning i Lyon, Frankrig.

Dr. Caracas kører computersimuleringer af, hvad der skete med denne masse af atomer og materialer umiddelbart efter kollisionen som en del af et projekt kaldet IMPACT. Han bruger computerkraft svarende til 200 stationære pc'er, der kører i to uger til at beregne, hvad der sker under et sæt forhold efter kollisionen. Tre supercomputercentre i Frankrig vil levere projektets nødvendige 120 millioner timers computertid på kun fem år.

Den første chokbølge efter kollisionen af ​​proto-Jorden og Theia genererede knusende tryk og temperaturer måske så høje som 10, 000°C i midten.

"Det er svært at forestille sig, hvordan forholdene var, " sagde Dr. Caracas. Næsten hele det periodiske system af grundstoffer ville have været i en 'superkritisk tilstand' - en tåge af adskilte atomer, hverken i gas- eller væskeform.

I løbet af de næste par dage, tunge materialer som jern begyndte at danne centrum for en ny planet - Jorden.

"Metallerne adskilles langsomt som dråber, når de afkøles, og senere ville silikaterne (mineralerne) blive flydende. Den tungeste indre del af Jorden blev dannet, så ville materiale være faldet ned på planeten, " sagde Caravas. "Den ydre del af skiven ville have dannet en ring og til sidst dannet månen."

Ur

Mens Jorden kom sammen inden for få dage, månen tog sandsynligvis uger eller måneder at tage form, ifølge Dr. Caracas. Der kan endda have været to måner, der cirkulerede den tidlige Jord, hvor den ene brager ind i den anden for at skabe den måne, vi ser i dag. Begge nyslåede kroppe havde dengang et hav af smeltet sten.

Dr. Joshua Snape, en månegeolog ved VU Amsterdam, Holland, er interesseret i den tidlige måne. Han håber at kunne bestemme dens alder inden for et interval på ti eller hundreder af millioner af år. Den traditionelle opfattelse er, at den blev dannet for omkring 4,5 milliarder år siden.

"Der skete noget dybt på månen for mellem 4,35 og 4,4 milliarder år siden. Den enkleste forklaring er, at månens magmahav (der dækker månen) afkølede, " sagde Dr. Snape.

Takket være månens mangel på tektonisk aktivitet, alle dens klipper kan fortælle os om denne magmaperiode – et vigtigt stadium i månens dannelse.

Hvor lang tid det tog magmaen at køle af er et afgørende spørgsmål, Dr. Snape siger. "Det er vigtigt at forstå, hvor lang tid det tager, fordi vi skalerer op, hvad vi ved om månen til andre planeter."

Da månen er det eneste væsentlige legeme i solsystemet, som vi har rejst til og hentet sten fra, dens prøver er værdifulde for videnskabsmænd. Dr. Snape har undersøgt forholdet mellem isotoper af bly og uran i klipper returneret af Apollo-missionerne og fra månemeteoritter. Dette forhold fungerer som et dybtidsur, som han har brugt til at beregne, hvornår en sten blev dannet.

"Månen har en rekord og fungerer som et smukt laboratorium til at forstå tidlige planetariske processer. Dette vil være anvendeligt på Mars, Merkur eller Venus, steder, som er svære for os at få adgang til, og det kan endda fortælle os om vores egen planet, " sagde Dr. Snape.

Jorden er ikke helt så nyttig, fordi pladetektonikken begraver og genbruger sten.

"Det er derfor, vi elsker månen så meget, sagde han. Det er et skatkammer, geologisk set."

Hans undersøgelser kan måske afsløre, for eksempel, hvor længe et planetlegeme forbliver aktivt med vulkanudbrud, når der ikke er nogen pladetektonik til at drive dem. Dette kan være vigtigt, når det kommer til at studere planeter omkring andre stjerner.

Magma ocean

Dr. Snape arbejder i øjeblikket på et projekt kaldet MoonDiff, der involverer forsøg på at genskabe stensammensætninger, der eksisterede i månens magmahav. Mineralerne ville ikke have krystalliseret med det samme, men ville have gjort det i en sekvens, som Dr. Snape nu forsøger at rekonstruere.

Han knuser og opvarmer de genskabte klipper under forhold, der matcher dem på månen, når dens overflade var en smeltet klippemasse. "I denne uge kører jeg eksperimenter på én gigapascal (en milliard pascal, en trykenhed) og 1, 200°C, " han sagde.

At kende sekvensen, som mineraler adskilte fra magmahavet, ville hjælpe med at forklare månens historie og dens nuværende geologi.

"De ældste sten på månen (de synlige lysere dele) er primært dannet af et mineral kaldet feldspat, som ville have svævet til toppen af ​​det flydende magmahav, " sagde Dr. Snape.

"På den anden side, at Apollo 12 basaltprøve og andre sten som den (som udgør de mørkere grå dele) er primært dannet af mineraler, der ville have været mere tætte og sunket til bunden."

Dr. Maud Boyet, en geokemiker ved University of Clermont Auvergne, Frankrig, studerer jordens tidlige smeltede periode og håber at kunne fastslå, hvornår den afkølede og først blev beboelig. At gøre dette, hun undersøger jorden og månens sten samt meteoritter ved at bruge nye massespektroskopiteknikker blandt andet til et projekt kaldet ISOREE.

Hun siger, at månesten kunne fortælle os, hvornår den enorme kollision fandt sted, men for at gøre det skal vi stadig forstå månens tidlige historie. Sten fra den anden side af månen kunne hjælpe.

Månesten indsamlet under Apollo-missioner kommer fra den side af månen, der vender mod Jorden. Den side, der vender væk fra os, har en forskel overflade make-up. Dette kan skyldes, at månen gennemgik en anden smeltningsbegivenhed, måske forårsaget af en anden massiv kollision.

"Vi har ingen prøver (samlet) fra den anden side af månen, " sagde Boyet. "Men vi har nogle meteoritter (der landede på Jorden), som vi tror kom derfra."