Nasz jedyny naturalny satelita jest dość nietypowym obiektem Układu Słonecznego. Teraz pojawiła się nowa teoria tłumacząca jego obecne położenie – teoria, która trochę zmienia obecnie przyjmowaną teorię „wielkiego zderzenia”. Wyniki badań opublikowano 31 października w periodyku Nature.
Księżyc jest stosunkowo duży w porównaniu do planety, którą okrąża, a jego skład chemiczny jest niemal taki sam co skład chemiczny Ziemi (minus część związków lotnych, które odparowały dawno temu). To właśnie te cechy odróżniają go od niemal każdego innego dużego obiektu Układu Słonecznego – mówi Sarah Stewart, profesor planetologii na University of California w Davis i jedna z autorek artykułu.
„Każdy duży obiekt w Układzie Słonecznym charakteryzuje się unikalnym składem chemicznym,” dodaje.
Książkowa teoria powstania Księżyca brzmi mniej więcej tak. W zaawansowanej fazie formowania Układu Słonecznego mieliśmy do czynienia z okresem „wielkich zderzeń”, w którym to gorące obiekty o rozmiarach planet często zderzały się ze sobą. Obiekt o rozmiarach Marsa otarł się o Ziemię, wyrzucając przy tym sporą ilość materii, z której czasem uformował się Księżyc. To zderzenie nadało moment pędu układowi Ziemia-Księżyc i sprawiło, że okres obrotu Ziemi wokół własnej osi wynosił 5 godzin. Przez kolejne tysiąclecia Księżyc stopniowo oddalał się od Ziemi stopniowo spowalniając okres obrotu Ziemi do obecnych 24 godzin.
Naukowcy doszli do tych wniosków przyglądając się obecnej orbicie Księżyca, analizując tempo przekazywania momentu pędu między oboma ciałami poprzez oddziaływania pływowe i stopniowo cofając się w przeszłość.
Jednak ta „książkowa” teoria ma kilka wad. Jedną nich jest zaskakująco podobny do Ziemi skład chemiczny Księżyca. Druga z nich to kwestia orbity Księżyca. Jeżeli Księżyc uformował się z dysku materii rotującego w płaszczyźnie równika Ziemi, to powinien znajdować się na orbicie, której płaszczyzna także powinna pokrywać się z równikiem.
Sarah Steward, Matija Ćuk (SETI Institute w Mountain View), Douglas Hamilton (University of Maryland) oraz Simon Lock (Harvard University) opracowali wspólnie alternatywny model.
W 2012 roku Ćuk i Stewart zaproponowali, że część momentu pędu w układzie Ziemia-Księżyc mogła zostać przekazana do układu Ziemia-Słońce. Taka teoria uwzględnia możliwość dużo bardziej energetycznej kolizji na początku całego procesu.
W nowym modelu, dużo bardziej energetyczna kolizja doprowadziła do powstania stopionej masy materii, z której uformowały się Ziemia i Księżyc. Początkowo Ziemia rotowała z okresem 2 godzin, a oś jej rotacji skierowana była ku Słońcu.
Z uwagi na fakt, że w kolizji wyzwoliło się dużo więcej energii niż w obecnie przyjmowanym modelu, materia Ziemi jak i impaktora wymieszałaby się ze sobą – co mogłoby tłumaczyć identyczny skład chemiczny obu ciał, które z tej materii powstały.
Wraz z rozpraszaniem momentu pędu poprzez oddziaływania pływowe, Księżyc stopniowo oddalał się od Ziemi do momentu, w którym osiągnął punkt zwany przejściem na płaszczyznę Laplace’a, kiedy to siła oddziaływania Ziemi na Księżyc ustępuje pola oddziaływaniu grawitacyjnemu ze strony Słońca. To właśnie wtedy część momentu pędu układu Ziemia-Księżyc została przeniesiona na układ Ziemia-Słońce.
Owa zmiana nie wpłynęła istotnie na orbitę Ziemi wokół Słońca, jednak wyprostowała jej oś rotacji. W tym punkcie modele stworzone przez zespół naukowców wskazują, że Księżyc krążył wokół Ziemi po orbicie bardzo nachylonej do płaszczyzny równika.
Przez kilkadziesiąt milionów lat Księżyc stopniowo oddalał się od Ziemi, aż dotarł do drugiego punktu – przejścia Cassiniego – gdzie nachylenie Księżyca – kąt między płaszczyzną orbity Księżyca, a płaszczyzną orbity Ziemi wokół Słońca zmniejszyło się do około 5 stopni obserwowanych do dzisiaj.
Źródło: UC Davis