Milzu trieciena hipotēze: Mēness veidošanās pēc Teijas sadursmes
Atklāj Milzu trieciena hipotēzi: kā Teijas sadursme radīja Mēnesi — pierādījumi, nemierīgie jautājumi un jaunākie paraugu atklājumi.
Milzu trieciena hipotēze paredz, ka Mēness ir radies no jaunās Zemes un Marsa lieluma protoplanētas sadursmes atlūzām. Šī ir populārākā zinātniskā hipotēze par Mēness veidošanos.
Šo hipotēzi apstiprina Mēness paraugi, kas liecina, ka:
- Mēness virsma reiz bijusi izkususi
- Mēness acīmredzami salīdzinoši nelielais dzelzs kodols un zemāks blīvums nekā Zemei, un
- pierādījumi par līdzīgām sadursmēm citās zvaigžņu sistēmās (kuru rezultātā veidojas "atlūzu diski").
Sadursmes ķermeni dažkārt dēvē par Teiju, jo tā bija grieķu mītiskā titāne, kas bija mēness dievietes Selēnas māte.
Kā varētu notikt milzu trieciena process?
Saskaņā ar scenāriju, sākotnēji aptuveni Marsa lieluma protoplanēta (Teija) ietriecās jaunajā Zemē ar lielu ātrumu un leņķi. Sadursmes rezultātā liela daļa materiāla tika izsviesta kosmosā un izveidoja karstu, daļēji iztvaicētu atlūzu disku ap Zemi. No šī diska pakāpeniski kondensējās un savienojās ķermeņi, no kuriem viens izauga par Mēnesi. Simulācijas rāda, ka trieciena enerģija varēja izraisīt maģmas okeāna veidošanos uz gan Zemes, gan Mēness pirmajos attīstības posmos, kā arī izskaidrot Mēness relatīvi mazo dzelzs kodolu.
Pierādījumi, kas atbalsta hipotēzi
Galvenie empīriskie argumenti ir:
- Mēness klintis un paraugi (piemēram, anortosīti un bazalta plūsmas) liecina par agrīnu intensīvu izkusušanu un diferenciāciju (mēness maģmas okeāns).
- Mēness zema blīvuma un relatīvi neliels dzelzs kodols salīdzinājumā ar Zemi, kas saskan ar modeli, kurā ārējā, vieglākā viela tika izsviesta veidojot disku.
- Planetāru sistēmu novērojumos redzami atlūzu diski un sadursmju pēdas, kas parāda, ka šādas sadursmes ir kosmiski reālas.
- Geofizikālie dati (seismika, gravitācija) un Mēness ģeoloģija saskan ar veidošanās scenāriju no karsta diskā kondensēta materiāla.
Risināmie jautājumi un pretrunas
Tomēr hipotēzei ir vairāki neatbildēti vai sarežģīti jautājumi:
- Skābekļa izotopu identitāte: Mēness skābekļa izotopu attiecība būtībā ir identiska Zemes izotopu attiecībai. Ja Mēness būtu galvenokārt no atsaišķētas Teijas materiāla, sagaidāmā kompozīcija varētu būt atšķirīga. Tas liek domāt, ka materiāls tika intensīvi sajaukts vai Teija bija līdzīga Zemei pēc izotopu sastāva.
- Trūkstošie gaistošie un siderofīlie elementi: Mēness paraugos novērojama iztvaikojušu (gaistošu) elementu ievērojama izslēgšanās un siderofīlo elementu (t.i., ķīmiskie elementi, kas saistās ar dzelzi) samazināta klātbūtne. Tas varētu būt izskaidrojams ar augstu temperatūru un kodola segregāciju, bet precīzs mehānisms joprojām tiek pētīts.
- Maģmas okeāna pierādījumu interpretācija: hipotēze paredz lielu maģmas okeānu uz jaunās Zemes; Mēness paraugi sniedz pierādījumus par Mēness maģmas okeānu, taču Zemes agrīno termisko vēsturi izteiktāk pierādīt nav tik vienkārši.
Piedāvātie risinājumi un alternatīvas modeļi
Lai atrisinātu izotopu un kompozīcijas problēmas, pētnieki ir izstrādājuši vairākus paplašinājumus vai alternatīvas:
- Intensīvā maisīšanās scenāriji: ļoti enerģiskas sadursmes var radīt tādu pakāpi materiālu iztvaikošanos un kopēju plūsmu, ka Teijas un Zemes materiāls sajaucas līdzīga sastāva gala produktā.
- Synestia modelis: pētnieki ir ierosinājuši, ka pēc trieciena var rasties pagaidu, iespaidīgi izpletināts, daļēji iztvaicēts ķermenis (synestia), kur izejmateriāls ir plaši sajaukts un no kura tad kondensējas Mēness, izskaidrojot izotopu līdzību.
- Vaporu līdzsvarošana: disks ap Zemi varēja ļaut Zemes un Teijas materiālam izotopiski izlīdzināties pirms Mēness kondensācijas.
- Vairāku mazu sadursmju modelis: vairākas mazākas sadursmes ilgākā laikposmā varēja radīt Mēnesim līdzīgu rezultātu bez viena milzīga trieciena.
Jaunākie pētījumi un turpmākie virzieni
Laikā līdz 2024. gadam novērojumu un datormodelēšanas spēja ir ievērojami uzlabojusies. Izmeklējumos tiek izmantoti smalki izotopu mērījumi (piem., Ti, Cr, W isotopi), augstas izšķirtspējas hidrodinamiskās simulācijas un jauni Mēness paraugi (Chandrayaan un Chang'e misijas paraugi, kā arī NASA un citu aģentūru plānotās misijas).
Nākotnē svarīgi uzdevumi ir:
- iegūt vairāk diferenciālu paraugu no atšķirīgām Mēness reģionu vietām (īpaši no otrā planētas pusē un no dziļākām, mazāk degradētām vienībām),
- uzlabot datējumu precizitāti un izotopu analīzes, lai noteiktu trieciena laiku un materiālu izcelsmi,
- turpināt uzlabot skaitliskos modeļus, iekļaujot reālistiskākas termodinamiskas aprakstus un ilgtermiņa kondensācijas fenomenu,
- salīdzināt Mēness datu kopu ar novērojumiem no citām zvaigžņu sistēmām, kur redzami atlūzu diski un sadursmju produkti.
Sintēze
Milzu trieciena hipotēze šobrīd ir visplašāk pieņemtā skaidrojuma ietvars Mēness izcelsmei, jo tā spēj apvienot vairākas neatkarīgas novērojumu līnijas — mazo Mēness dzelzs kodolu, agrīnu izkusušanu un atlūzu diska veidošanos. Tomēr precīzas detaļas par kompozīciju, izotopu līdzsvarošanos un gaistošo elementu izslēgšanos joprojām tiek pētītas. Turpmākās misijas, paraugu atgriešana un uzlabotas simulācijas ir nepieciešamas, lai pilnībā novērstu atlikušās neskaidrības.
Ja vēlaties, varu pievienot īsu hronoloģiju ar galvenajiem pētījumiem un atklājumiem vai izveidot vienkāršu attēlojumu par trieciena mehānismu.
Milzu trieciena, kas, domājams, ir veidojis Mēnesi, mākslinieka attēls
Konteksts
Zemes salīdzinoši lielais dabiskais pavadonis - Mēness - ir unikāls. Apollo programmas laikā uz Zemes tika nogādāti Mēness virsmas ieži. Šo iežu radiometriskā datēšana parādīja, ka Mēness ir 4527 ± 10 miljonus gadu vecs, aptuveni 30 līdz 55 miljonus gadu jaunāks par citiem Saules sistēmas ķermeņiem. Jauni pierādījumi liecina, ka Mēness izveidojies vēl vēlāk - 4,48 ± 0,02 Ga jeb 70-110 miljonus gadu pēc Saules sistēmas rašanās. Vēl viena ievērojama iezīme ir Mēness relatīvi zemais blīvums, kas nozīmē, ka tam nav liela metāliska kodola, kāds ir citiem Saules sistēmas sauszemes ķermeņiem. Mēness masas sastāvs ir ļoti līdzīgs Zemes mantijas un garozas sastāvam kopā, bet bez Zemes kodola. Tas ir novedis pie milzu trieciena hipotēzes: idejas, ka Mēness ir izveidojies milzu sadursmē, kurā protoZeme saskrējās ar citu protoplanētu.
Tiek uzskatīts, ka triecienezis, ko dažkārt dēvē par Theia, ir bijis mazliet mazāks par Marsa planētu. Theia sadūrās ar Zemi aptuveni 4,533 Ga. Modeļi atklāj, ka, šāda izmēra impaktoram zemā leņķī un salīdzinoši nelielā ātrumā (8-20 km/s jeb 5,0-12,4 jūdžu/s) ietriecoties proto-Zemē, liela daļa materiāla no proto-Zemes un impaktora apvalkiem (un proto-krūvām) tika izmesta kosmosā, kur liela daļa no tā palika Zemes orbītā. No šī materiāla galu galā izveidojās Mēness.
Tomēr triecienelementa metāliskais kodols būtu iegrimis Zemes mantijā un saplūdis ar Zemes kodolu, tādējādi noplicinot Mēnesi no metāliskā materiāla. Tādējādi milzu trieciena hipotēze izskaidro Mēness nenormālo sastāvu. Izmetumi, kas atrodas Zemes orbītā, dažu nedēļu laikā varētu būt kondensējušies vienā ķermenī. Zemes gravitācijas ietekmē izmestais materiāls kļuva par sfēriskāku ķermeni - Mēnesi.
Radiometriskais vecums liecina, ka Zeme eksistēja jau vismaz 10 miljonus gadu pirms trieciena, kas ir pietiekami ilgs laiks, lai varētu notikt Zemes primitīvā apvalka un kodola diferenciācija. Pēc tam, kad notika trieciens, tika izmests tikai mantijas materiāls, atstājot neskartu Zemes smago elementu kodolu.
Sekas
Šim triecienam bija dažas svarīgas sekas uz jauno Zemi. Tas atbrīvoja milzīgu enerģijas daudzumu, izraisot Zemes un Mēness pilnīgu izkusšanu. Tūlīt pēc trieciena Zemes mantija enerģiski konvektēja, virsma bija liels magmas okeāns. Planētas pirmā atmosfēra, iespējams, bija pilnībā izplūdusi, pateicoties milzīgajam atbrīvotās enerģijas daudzumam. Tiek uzskatīts, ka trieciens arī izmainīja Zemes asi, radot lielo 23,5° aksiālo slīpumu, kas ir atbildīgs par Zemes gadalaikiem (vienkāršā, ideālā planētu rašanās modeļa gadījumā aksiālais slīpums būtu 0°, un gadalaiki nebūtu atpazīstami). Tas varētu būt arī paātrinājis Zemes rotāciju.
Jaunākie pierādījumi
Apollo astronautu atvesto Mēness iežu analīzes liecina par Theia pēdām. Pētnieki apgalvo, ka tas apstiprina teoriju, ka Mēness ir radies kataklizmiskas sadursmes rezultātā. Daži zinātnieki ir pārsteigti, ka atšķirība starp Mēness iežos un Zemes iežos atrasto Teijas materiālu ir tik maza.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir milzu ietekmes hipotēze?
A: Milzu trieciena hipotēze paredz, ka Mēness radies no atlūzām, kas radušās, saduroties jaunai Zemei ar Marsa lieluma protoplanētu.
J: Kādi ir pierādījumi milzu trieciena hipotēzei?
A: Šo hipotēzi apstiprina Mēness paraugi, kas liecina, ka Mēness virsma kādreiz bijusi izkususi, Mēness acīmredzami salīdzinoši mazais dzelzs kodols un mazāks blīvums nekā Zemei, kā arī pierādījumi par līdzīgām sadursmēm citās zvaigžņu sistēmās (kuru rezultātā veidojas "atlūzu diski").
J: Kā sauc sadursmes ķermeni milzu trieciena hipotēzē?
A: Sadursmes ķermeni dažkārt dēvē par Theia, kas ir grieķu mītiskā titāna vārdā, kurš bija Mēness dievietes Selēnas māte.
J: Kādi ir neatbildētie jautājumi saistībā ar milzu trieciena hipotēzi?
A: Neatbildētie jautājumi saistībā ar šo hipotēzi ir šādi: skābekļa izotopu attiecība Mēnesī būtībā ir identiska Zemes izotopu attiecībai, un nekas neliecina par cita Saules ķermeņa ieguldījumu, Mēness paraugos nav gaidītās gaistošo elementu, dzelzs oksīda vai siderofīlo elementu (ķīmisko elementu, kas saistās ar dzelzi) attiecības, un nav pierādījumu, ka uz Zemes kādreiz būtu bijis maģmas okeāns, kā to paredz šī hipotēze.
Kāda ir populārākā zinātniskā hipotēze par Mēness veidošanos?
A.: Visbiežāk izvirzītā zinātniskā hipotēze par Mēness veidošanos ir milzu trieciena hipotēze.
J: Kāds ir Mēness blīvums salīdzinājumā ar Zemes blīvumu?
A: Mēness blīvums ir mazāks nekā Zemes blīvums.
J: Kāds ir mītiskais grieķu Titāns, kas saskaņā ar milzu trieciena hipotēzi ir saistīts ar Mēnesi?
A: Milzu trieciena hipotēzē sadursmes ķermeni dažkārt dēvē par Teiju - mītiskā grieķu Titāna vārdā, kas bija Mēness dievietes Selēnas māte.
Meklēt