Hvordan endte månen, hvor den er?

Næsten 50 år siden, at mennesket første gang gik på månen, menneskeheden skubber endnu en gang frem med forsøg på at lande på jordens satellit. Alene i år, Kina har landet et robot-rumfartøj på den anden side af månen, mens Indien er tæt på at lande et månefartøj, og Israel fortsætter sin mission for at lande på overfladen, på trods af nedbruddet af dets nylige satsning. NASA har i mellemtiden meddelt, at de ønsker at sende astronauter til månens sydpol inden 2024.

Men mens disse missioner søger at fremme vores viden om månen, vi arbejder stadig på at besvare et grundlæggende spørgsmål om det:hvordan endte det, hvor det er?

Den 21. juli 1969, Apollo 11-besætningen installerede det første sæt spejle til at reflektere lasere rettet mod månen fra Jorden. De efterfølgende eksperimenter udført ved hjælp af disse arrays har hjulpet videnskabsmænd med at beregne afstanden mellem Jorden og månen i de sidste 50 år. Vi ved nu, at månens kredsløb er blevet større med 3,8 cm om året – den bevæger sig væk fra Jorden.

denne afstand, og brugen af ​​månesten til at datere månens dannelse til 4,51 milliarder år siden, er grundlaget for den gigantiske nedslagshypotese (teorien om, at månen blev dannet af affald efter en kollision tidligt i Jordens historie). Men hvis vi antager, at månens recession altid har været 3,8 cm/år, vi skal 13 milliarder år tilbage for at finde et tidspunkt, hvor Jorden og månen var tæt på hinanden (for at månen kunne dannes). Det er alt for længe siden – men misforholdet er ikke overraskende, og det kan måske forklares med verdens gamle kontinenter og tidevand.

Tidevand og recession

Afstanden til månen kan knyttes til historien om Jordens kontinentale konfigurationer. Tabet af tidevandsenergi (på grund af friktion mellem det bevægende hav og havbunden) bremser planetens spin, hvilket tvinger månen til at bevæge sig væk fra den - månen trækker sig tilbage. Tidevandet er i høj grad styret af formen og størrelsen af ​​jordens havbassiner. Når jordens tektoniske plader bevæger sig rundt, havets geometri ændrer sig, og det samme gør tidevandet. Dette påvirker månens tilbagetog, så det ser mindre ud på himlen.

Det betyder, at hvis vi ved, hvordan Jordens tektoniske plader har ændret position, vi kan regne ud, hvor månen var i forhold til vores planet på et givet tidspunkt.

Vi ved, at tidevandets styrke (og dermed recessionsraten) også afhænger af afstanden mellem Jorden og månen. Så vi kan antage, at tidevandet var stærkere, da månen var ung og tættere på planeten. Da månen hurtigt trak sig tilbage tidligt i sin historie, tidevandet vil være blevet svagere og recessionen langsommere.

Den detaljerede matematik, der beskriver denne udvikling, blev først udviklet af George Darwin, søn af den store Charles Darwin, i 1880. Men hans formel frembringer det modsatte problem, når vi indtaster vores moderne figurer. Den forudsiger, at Jorden og månen var tæt på hinanden for kun 1,5 milliarder år siden. Darwins formel kan kun forenes med moderne estimater af månens alder og afstand, hvis dens typiske nylige recessionsrate reduceres til omkring en centimeter om året.

Implikationen er, at nutidens tidevand må være unormalt stort, forårsager recessionen på 3,8 cm. Årsagen til disse store tidevand er, at det nuværende Nordatlanterhav har den helt rigtige bredde og dybde til at være i resonans med tidevandet, så den naturlige svingningsperiode er tæt på tidevandet, så de kan blive meget store. Dette er meget som et barn på en gynge, der bevæger sig højere, hvis det skubbes med den rigtige timing.

Men gå tilbage i tiden – et par millioner år er nok – og Nordatlanten er så forskellig i form, at denne resonans forsvinder, og derfor vil månens recession have været langsommere. Da pladetektonikken flyttede rundt på kontinenterne, og da opbremsningen af ​​Jordens rotation ændrede længden af ​​dage og tidevandsperioden, planeten ville være gledet ind og ud af lignende stærkstrømstilstande. Men vi kender ikke detaljerne om tidevandet over lange perioder og, som resultat, vi kan ikke sige, hvor månen var i en fjern fortid.

Sedimentopløsning

En lovende tilgang til at løse dette er at forsøge at opdage Milankovitch-cyklusser fra fysiske og kemiske ændringer i gamle sedimenter. Disse cyklusser opstår på grund af variationer i form og orientering af Jordens kredsløb, og variationer i orienteringen af ​​Jordens akse. Disse producerede klimacyklusser, såsom istider i de sidste par millioner år.

De fleste Milankovitch-cyklusser ændrer ikke deres perioder over Jordens historie, men nogle er påvirket af hastigheden af ​​Jordens spin og afstanden til månen. Hvis vi kan opdage og kvantificere disse bestemte perioder, vi kan bruge dem til at estimere dagslængde og Jord-måne-afstand på det tidspunkt, hvor sedimenterne blev aflejret. Indtil nu, dette er kun blevet forsøgt for et enkelt punkt i en fjern fortid. Sedimenter fra Kina tyder på, at afstanden mellem Jorden og månen for 1,4 milliarder år siden var 341, 000 km (den nuværende distance er 384, 000 km).

Nu sigter vi mod at gentage disse beregninger for sedimenter på hundredvis af steder, der er fastlagt i forskellige tidsperioder. Dette vil give en robust og næsten kontinuerlig registrering af månens recession over de sidste par milliarder år, og give os en bedre forståelse af, hvordan tidevandet ændrede sig i fortiden. Sammen, disse indbyrdes forbundne undersøgelser vil give et konsistent billede af, hvordan Jord-måne-systemet har udviklet sig gennem tiden.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.