Månen bildades i en interplanetär hit-and-run-incident, säger astronomer

Månens ursprung är ett av de viktigaste problemen för planetgeologer och de senaste åren har de gjort enorma framsteg för att förstå hur det hände. Det beror till stor del på en mycket förbättrad förståelse av månens sammansättning och inre struktur.

Det visar sig att vår interplanetära följeslagare har en liknande sammansättning som jorden, inklusive en järnkärna. Konsensus är att detta utesluter möjligheten att månen bildades någon annanstans och senare fångades av jordens gravitation. Istället måste det ha bildats av skräpet som skapats av en jättekollision mellan jorden och en kropp i Marsstorlek.

Astronomer tror att denna kollision måste ha inträffat med en långsam relativ hastighet och en ytlig vinkel för att säkerställa att skräpet kom in i omloppsbanan runt jorden och stannade där och så småningom bildade månen.

En sådan långsam kollision skulle också ha bevarat systemets vinkelmoment. Detta sätter en ytterligare begränsning på kropparna före sammanstötningen, eftersom de inte kan ha haft en rörelsemängd som är mycket högre än jord-månesystemet idag.

Beräkningsastronomer har simulerat denna typ av långsamma, betande inverkan i detalj och visat att ett jord-månesystem verkligen kunde ha bildats med tanke på teorins begränsningar för massa och vinkelmoment.

Men det finns ett problem med den här modellen. Silikatytorna på både månen och jorden har en liknande isotopsignatur, vilket indikerar att de måste ha bildats av samma material.

Men i ett långsamt, betande nedslag kommer det mesta av skräpet som hamnar i omloppsbana och formas in i månen från den Mars-stora stötkroppen, som sannolikt inte har haft den isotopiska signaturen som krävs. Det är ett stort problem.

Idag säger Andreas Reufer vid universitetet i Bern i Schweiz och några kompisar att de har kommit på en alternativ hypotes som löser detta problem. De säger att jorden måste ha betats av ett större föremål som färdades med mycket högre hastighet.

Denna extra hastighet fick mycket av stötskräpet att fly, därav hit-and-run-namnet. Skräpet som fastnade i omloppsbana skulle dock ha varit en blandning av jord- och stötmaterial med ett isotopinnehåll som matchar de observerade signaturerna här och på månen.

Naturligtvis skulle skräpet som rymt ha fört bort såväl vinkelmomentum som massa. Detta gör ett sådant scenario utmanande att modellera eftersom det är svårt att hitta en lämplig uppsättning startförhållanden – massa, vinkelmoment, anslagsvinkel etc – som ger ett realistiskt jord-månesystem. Faktum är att astronomer har räknat bort detta scenario tidigare av just denna anledning.

Men med förbättrade simuleringstekniker har Reufer och co tittat på scenariot igen. De har använt en modell som består av cirka 500 000 partiklar där månen slutar bestå av cirka 10 000 partiklar. Det är mer eller mindre state of the art.

De säger att det kan producera jord-måneliknande system för en rimlig uppsättning startförhållanden, samtidigt som den reproducerar de observerade isotopsignaturerna.

Det är intressant arbete, inte minst för att det har viktiga konsekvenser för förhållandena på jorden vid tidpunkten för nedslaget, för cirka 4,5 miljarder år sedan. I synnerhet säger Reufer och kompisar att den mer energiska effekten skulle ha värmt upp jordens mantel till temperaturer på cirka 10 000 Kelvin och värmt upp skräpet som bildade månen till högre temperaturer också.

Detta har helt klart implikationer för både jordens och månens tidiga historia och kan hjälpa till att leda till ytterligare bevis som kan stödja denna hypotes.

Men det lämnar också en intressant obesvarad fråga - vad hände med nedslagsskräpet som flydde från jordens omloppsbana? De här killarna borde kunna beräkna egenskaperna hos det här, kanske till och med dess isotopsignatur. Det skulle göra det möjligt för astronomer att jaga efter det, kanske genom att undersöka meteorfall från det relativt korta förflutna.

Att hitta bevis på den skyldige skulle vara en viktig ledtråd, vilket betyder att det finns en del fascinerande detektivarbete framför sig!

Ref: arxiv.org/abs/1207.5224 : Ett gigantiskt slagscenario

Dölj