Miliardy lat temu Ziemi towarzyszył drugi księżyc

Miliardy lat temu Ziemi towarzyszył drugi księżycOriginal Press Release
Uderzająca różnica między stroną Księżyca skierowaną ku Ziemi a jego niewidoczną stroną jest jedną z największych zagadek naszego naturalnego satelity.

Nasz model wpasowuje się dobrze w hipotezę wielkiego zderzenia jako mechanizmu stworzenia Księżyca, która przewiduje że poza samym Księżycem wokół Ziemi powinna pozostać ogromna ilość szczątków. Zgadza się z naszą wiedzą na temat stabilności dynamicznej takiego systemu, pasuje do chronologii stygnięcia Księżyca oraz wieku skał księżycowych

prof. Erik Asphaug
WCSC

„Nasz model wpasowuje się dobrze w hipotezę wielkiego zderzenia jako mechanizmu stworzenia Księżyca, która przewiduje że poza samym Księżycem wokół Ziemi powinna pozostać ogromna ilość szczątków „- mówi prof. Erik Asphaug, z Uniwersytetu Kalifornia w Santa Cruz, współautor publikacji. „-Zgadza się z naszą wiedzą na temat stabilności dynamicznej takiego systemu, pasuje do chronologii stygnięcia Księżyca oraz wieku skał księżycowych.” Prof. Asphaug jest autorem wcześniejszych symulacji komputerowych zderzenia, w wyniku którego powstał Księżyc. Jak zauważa – powstanie dodatkowych, towarzyszących księżyców jest częstym efektem symulacji.

Prof. Erik Asphaug wraz z współautorem Martinem Jutzi wykorzystał symulacje komputerowe zderzenia między Księżycem i mniejszym towarzyszem o masie około jednej trzydziestej masy Księżyca by zbadać dynamikę zderzenia i prześledzić ewolucję i dystrybucję księżycowej materii po zderzeniu. Podczas zderzenia z tak niską prędkością, udar nie tworzy krateru i nie prowadzi do znaczącego stopienia skał. Zamiast tego, większość materii zostaje rozłożone na półkuli w postaci grubej warstwy skał nowej skorupy, tworząc górzysty region o powierzchni i kształcie porównywalnych do księżycowych wyżyn niewidocznej strony Księżyca.

„Oczywiste jest, że naukowcy modelujący zderzenie starają się wyjaśnić wszystko za pomocą kolizjami  W tym przypadku, wymaga to dziwnego zderzenia: zachodzi ono z małą prędkością nie tworząc krateru, miast tego materia zostaje rozrzucona na jednej półkuli „- mówi Asphaug. -” To jest coś zupełnie nowego do przemyślenia.”

Naukowcy sugerują, że dodatkowy księżyc był początkowo  więziony w jednym z grawitacyjnie stabilnych „punktów Trojańskich” współdzieląc orbitę z Księżycem. Destabilizacja orbity nastąpiła dopiero gdy Księżyc oddalił się odpowiednio daleko od Ziemi. „Zderzenie mogło mieć miejsce w dowolnym miejscu Księżyca „- dodaje Jutzi. -” Ostatecznie Księżyc stał się asymetryczny i to doprowadziło do takiej zmiany jego orientacji, dzięki której stale w stronę Ziemi jest zwrócona jedna strona naszego satelity.”

Model ten pozwala także wyjaśnić różnice w składzie chemicznym skorupy Księżyca, która po stronie skierowanej ku Ziemi jest zdominowana przez tereny stosunkowo bogate w potas, pierwiastki ziem rzadkich i fosfor tworzące tzw. „KREEP”. Naukowcy uważają, że pierwiastki te, jak również uran i tor, koncentrowały się w oceanie magmy, który pozostawał płynny pod grubnącą skorupą Księżyca. W symulacji zderzenie wypycha bogate w KREEP warstwy na powierzchnię przeciwnej zderzeniu półkuli, co prowadzi do powstania struktur geologicznych widocznych obecnie na stronie Księżyca skierowanej ku Ziemi.

Warto zauważyć, że proponowane są również inne hipotezy, mające wyjaśnić powstawanie wyżyn Księżyca. Wśród nich jest opublikowana w ubiegłym roku w Science hipoteza kolegów Jutzi i Asphauga  UC Santa Cruz – Iana Garrick-Bethella i Francisa Nimmo, którzy sugeruję, że Księżyc w obecnej, asymetrycznej formie, ukształtowały siły pływowe, wpływające na grubość skorupy księżycowej.

„Fakt, że w bliska strona Księżyca wygląda tak odmiennie od jego niewidocznej strony pozostaje zagadką od zarania ery kosmicznej „- mówi prof. Nimo. -” Może się z nią równać jedynie kwestia pochodzenia Księżyca. Propozycję Erika wyróżnia to, że daje odpowiedź na obie zagadki: być może gigantyczna kolizja, które stworzyła Księżyc, stworzyła również kilka mniejszych obiektów, z których jeden później opadł na Księżyc, tworząc dychotomię, którą do dzisiaj obserwujemy”.

Jednak na razie brak wystarczających danych, aby rozstrzygnąć, który z alternatywnych modeli oferuje najlepsze wyjaśnienie księżycowy dychotomii. „W miarę jak  przez sondy kosmiczne zostanę zebrane dodatkowe dane (i, miejmy nadzieję, próbki skał księżycowych) okaże się, która z hipotez jest bliższa prawdy „- podsumowuje Nimmo.Źródła:

'Big splat' may explain moon's mountainous far side

The mountainous region on the far side of the moon, known as the lunar farside highlands, may be the solid remains of a collision with a smaller companion moon, according to a new study by planetary scientists at the University of California, Santa Cruz.

The striking differences between the near and far sides of the moon have been a longstanding puzzle. The near side is relatively low and flat, while the topography of the far side is high and mountainous, with a much thicker crust. The new study, published in the August 4 issue of Nature, builds on the „giant impact” model for the origin of the moon, in which a Mars-sized object collided with Earth early in the history of the solar system and ejected debris that coalesced to form the moon. The study suggests that this giant impact also created another, smaller body, initially sharing an orbit with the moon, that eventually fell back onto the moon and coated one side with an extra layer of solid crust tens of kilometers thick.

„Our model works well with models of the moon-forming giant impact, which predict there should be massive debris left in orbit about the Earth, besides the moon itself. It agrees with what is known about the dynamical stability of such a system, the timing of the cooling of the moon, and the ages of lunar rocks,” said Erik Asphaug, professor of Earth and planetary sciences at UC Santa Cruz.

Asphaug, who coauthored the paper with UCSC postdoctoral researcher Martin Jutzi, has previously done computer simulations of the moon-forming giant impact. He said companion moons are a common outcome of such simulations.

In the new study, he and Jutzi used computer simulations of an impact between the moon and a smaller companion (about one-thirtieth the mass of the moon) to study the dynamics of the collision and track the evolution and distribution of lunar material in its aftermath. In such a low-velocity collision, the impact does not form a crater and does not cause much melting. Instead, most of the colliding material is piled onto the impacted hemisphere as a thick new layer of solid crust, forming a mountainous region comparable in extent to the lunar farside highlands.

„Of course, impact modelers try to explain everything with collisions. In this case, it requires an odd collision: being slow, it does not form a crater, but splats material onto one side,” Asphaug said. „It is something new to think about.”

He and Jutzi hypothesize that the companion moon was initially trapped at one of the gravitationally stable „Trojan points” sharing the moon's orbit, and became destabilized after the moon's orbit had expanded far from Earth. „The collision could have happened anywhere on the moon,” Jutzi said. „The final body is lopsided and would reorient so that one side faces Earth.”

The model may also explain variations in the composition of the moon's crust, which is dominated on the near side by terrain comparatively rich in potassium, rare-earth elements, and phosphorus (KREEP). These elements, as well as uranium and thorium, are believed to have been concentrated in the magma ocean that remained as molten rock solidified under the moon's thickening crust. In the simulations, the collision squishes this KREEP-rich layer onto the opposite hemisphere, setting the stage for the geology now seen on the near side of the moon.

Other models have been proposed to explain the formation of the highlands, including one published last year in Science by Jutzi and Asphaug's colleagues at UC Santa Cruz, Ian Garrick-Bethell and Francis Nimmo. Their analysis suggested that tidal forces, rather than an impact, were responsible for shaping the thickness of the moon's crust.

„The fact that the near side of the moon looks so different to the far side has been a puzzle since the dawn of the space age, perhaps second only to the origin of the moon itself,” said Nimmo, a professor of Earth and planetary sciences. „One of the elegant aspects of Erik's article is that it links these two puzzles together: perhaps the giant collision that formed the moon also spalled off some smaller bodies, one of which later fell back to the Moon to cause the dichotomy that we see today.”

For now, he said, there is not enough data to say which of the alternative models offers the best explanation for the lunar dichotomy. „As further spacecraft data (and, hopefully, lunar samples) are obtained, which of these two hypotheses is more nearly correct will become clear,” Nimmo said.

The new study was supported by NASA's Planetary Geology and Geophysics Program. Simulations were run on the NSF-sponsored UC Santa Cruz astrophysics supercomputer pleiades.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *