Månen dannet i interplanetarisk hit-and-run-hændelse, siger astronomer

Månens oprindelse er et af de vigtigere problemer for planetgeologer, og i de senere år har de gjort store fremskridt med at forstå, hvordan det skete. Det er i høj grad på grund af en meget forbedret forståelse af Månens sammensætning og indre struktur.

Det viser sig, at vores interplanetariske følgesvend har en lignende sammensætning som Jorden, inklusive en jernkerne. Konsensus er, at dette udelukker muligheden for, at Månen blev dannet andre steder og senere blev fanget af Jordens tyngdekraft. I stedet skal det være dannet af affaldet, der er skabt ved kæmpekollision mellem Jorden og en krop på størrelse med Mars.

Astronomer mener, at denne kollision må have fundet sted med en langsom relativ hastighed og en lav vinkel for at sikre, at affaldet kom ind i kredsløb om Jorden og blev der og til sidst dannede Månen.

En sådan langsom kollision ville også have bevaret systemets vinkelmomentum. Dette sætter en yderligere begrænsning på kroppene før sammenstødet, da de ikke kan have haft en vinkelmomentum meget højere end Jord-Måne-systemet i dag.

Beregningsastronomer har simuleret denne form for langsom, græssende påvirkning i detaljer og vist, at et jord-måne-system faktisk kunne have dannet sig givet teoriens begrænsninger på masse og vinkelmoment.

Men der er et problem med denne model. Silikatoverfladerne på både Månen og Jorden har en lignende isotopsignatur, hvilket indikerer, at de må være dannet af det samme stof.

Men i et langsomt, græssende nedslag kommer det meste af affaldet, der ender i kredsløb og dannes i Månen, fra den Mars-størrelse slagkraft, som sandsynligvis ikke har haft den nødvendige isotopsignatur. Det er et stort problem.

I dag siger Andreas Reufer ved universitetet i Bern i Schweiz og et par venner, at de er kommet med en alternativ hypotese, der løser dette problem. De siger, at Jorden må være blevet græsset af et større objekt, der rejser med meget højere hastighed.

Denne ekstra hastighed fik meget af stødaffaldet til at undslippe, deraf hit-and-run-navnet. Affaldet, der blev fanget i kredsløb, ville dog have været en blanding af Jorden og stødlegemet med et isotopindhold, der matcher de observerede signaturer her og på Månen.

Naturligvis ville det snavs, der undslap, have bortført vinkelmomentum såvel som masse. Dette gør et sådant scenarie udfordrende at modellere, fordi det er svært at finde et passende sæt af startbetingelser - masse, vinkelmoment, anslagsvinkel osv. - der producerer et realistisk jord-måne-system. Faktisk har astronomer tidligere udelukket dette scenario af netop denne grund.

Men med forbedrede simuleringsteknikker har Reufer og co genset scenariet. De har brugt en model bestående af omkring 500.000 partikler, hvor Månen ender med at være lavet af omkring 10.000 partikler. Det er mere eller mindre state of the art.

De siger, at det kan producere Jord-Måne-lignende systemer til et rimeligt sæt af startbetingelser, mens det på samme tid gengiver de observerede isotopiske signaturer.

Det er interessant arbejde, ikke mindst fordi det har vigtige konsekvenser for forholdene på Jorden på tidspunktet for nedslaget, for omkring 4,5 milliarder år siden. Især siger Reufer og venner, at den mere energiske påvirkning ville have opvarmet Jordens kappe til temperaturer på omkring 10.000 Kelvin og opvarmet affaldet, der dannede Månen, til højere temperaturer også.

Dette har tydeligvis implikationer for både Jordens og Månens tidlige historie og kan hjælpe med at føre til yderligere beviser, der kunne understøtte denne hypotese.

Men det efterlader også et interessant ubesvaret spørgsmål - hvad skete der med nedslagsrester, der undslap fra jordens kredsløb? Disse fyre burde være i stand til at beregne egenskaberne af disse ting, måske endda dets isotopiske signatur. Det ville gøre det muligt for astronomer at jage efter det, måske ved at undersøge meteorfald fra den relativt nylige fortid.

At finde beviser for den skyldige ville være et vigtigt spor, hvilket betyder, at der er noget fascinerende detektivarbejde forude!

Ref: arxiv.org/abs/1207.5224 : Et hit-and-run kæmpe indvirkningsscenario

skjule