En ny kemisk analyse af månemateriale indsamlet af Apollo-astronauter i 1970'erne er i konflikt med den vidt udbredte teori om, at en gigantisk kollision mellem Jorden og en Mars-størrelse genstand fødte månen for 4,5 milliarder år siden.
I gigantkollisionsscenariet antyder computersimuleringer, at månen havde to forældre: Jorden og et hypotetisk planetarisk legeme, som forskere kalder "Theia." Men en sammenlignende analyse af titan fra månen, Jorden og meteoritter, udgivet af Junjun Zhang, kandidat studerende i geofysiske videnskaber ved University of Chicago, og fire medforfattere angiver, at månens materiale kom fra Jorden alene.
Nicolas Dauphas, UChicago lektor i geofysiske videnskaber, indeholder hætteglas med materiale indsamlet fra månen under Apollo 14-missionen. Han og kandidatstuderende Junjun Zhang arbejdede også med prøver fra Apollo 15, 16 og 17 månens missioner i deres nye undersøgelse af månens oprindelse. Billedkredit: Lloyd DeGrane
Hvis to genstande havde givet anledning til månen, "Ligesom hos mennesker, ville månen have arvet noget af materialet fra Jorden og noget af materialet fra påvirkeren, cirka halvt og halvt," sagde Nicolas Dauphas, lektor i geofysiske videnskaber ved UChicago og medforfatter til undersøgelsen, der vises i den 25. marts udgave af Nature Geoscience.
”Det, vi fandt, er, at barnet ikke ser anderledes ud end jorden,” sagde Dauphas. ”Det er et barn med kun én forælder, så vidt vi kan vide.”
Forskningsteamet baserede deres analyse på titanisotoper - titanformer, der kun indeholder små subatomiske variationer. Forskerne valgte titanium til deres undersøgelse, fordi elementet er meget ildfast. Dette betyder, at titan har en tendens til at forblive i en fast eller smeltet tilstand snarere end at blive en gas, når den udsættes for enorm varme. Modstanden af titanisotoper mod fordampning gør det mindre sandsynligt, at de vil blive inkorporeret af Jorden og den udviklende måne i lige store mængder.
Titanium indeholder også forskellige isotopiske signaturer, der er smedet i utallige stjernesexplosioner, der opstod før solens fødsel. Disse eksplosioner kastede subtile forskellige titaniumisotoper ind i det interstellare rum. Forskellige genstande i det nyligt dannede solsystem gabbede op disse isotoper på forskellige måder gennem kollisioner, hvilket efterlod spor, der lader forskere afgive, hvor solmaterialerne inklusive månen kom fra.
Planetarisk DNA
”Når vi ser på forskellige kropper, forskellige asteroider, er der forskellige isotopiske underskrifter. Det er som deres forskellige DNA'er, ”sagde Dauphas. Meteoritter, som er stykker af asteroider, der er faldet til Jorden, indeholder store variationer i titanisotoper. Målinger af land- og måneprøver viser, at "månen har en strengt identisk isotopisk sammensætning til Jorden," sagde han.
”Vi troede, at månen havde to forældre, men når vi ser på månens sammensætning, ser det ud som om det kun har én forælder,” sagde Zhang.
Zhang fandt oprindeligt variationer i den isotopiske sammensætning af titan mellem måne- og jordprøverne. Hun korrigerede derefter resultaterne for virkningerne af kosmiske stråler, hvilket kunne have ændret den isotopiske sammensætning af titan på måneprøverne.
Jorden og månen bombarderes konstant af kosmiske stråler fra solen og fra fjernere kilder i galaksen. Jordens atmosfære og magnetfelt forhindrer de fleste af disse stråler i at nå sin overflade, men månen har ingen sådan beskyttelse.
”Vi sammenlignede den isotopiske sammensætning af titan med samarium og gadolinium, da disse to systemer er meget følsomme over for den kosmiske stråleeffekt,” sagde Zhang. De eneste sammensætningsforskelle, som forskerne forventede at se i samarium og gandolinium mellem Jorden og månen, ville være resultatet af kosmiske stråler. ”Vi fandt en meget flot lineær sammenhæng mellem titanium og samarium eller gadolinium,” sagde hun.
Zhangs titananalyser forstærker i forvejen tidligere arbejde fra andre forskere, der kom til den samme konklusion efter sammenligning af jordiske og månens iltisotoper, som er mindre ildfaste og dermed mere tilbøjelige til at forgasne under en kæmpepåvirkning end titan.
Lunar Conundrum
Løsning af månens oprindelse vil sandsynligvis være udfordrende, fordi alle de alternative scenarier for månens dannelse har ulemper.
For eksempel er det muligt, at selvom titan er ildfast, kunne det stadig have forgaset i den kæmpe påvirkning og derefter blive inkorporeret i disken af jordbundende materiale, der udviklede sig til månen. Dette kan have slettet underskriften af titanet fra Theia, hvilket kunne forklare UChicago-holdets observationer. Problemet med dette scenarie er, at disken muligvis er faldet tilbage til Jorden, hvis der blev udvekslet for meget materiale mellem de to kroppe.
En gammel idé, længe forladt, er, at månen opstod via fission fra en smeltet, hurtigt roterende jord efter en gigantisk påvirkning. Denne idé forklarer ligheden mellem Jorden og månen, men hvordan en så stor, koncentreret masse kunne dreje hurtigt nok til at opdeles i to forbliver problematisk.
Ifølge et tredje scenarie kolliderede Jorden med en iskold krop, der helt manglede titan. Der er dog ingen organer, der er udelukkende lavet af is i solsystemet. ”De vil altid have en betydelig del af fast stof, så du ville stadig forvente, at genstanden skal levere noget titan,” sagde Dauphas.
Det er også muligt, at Theia havde den samme sammensætning som Jorden. Dette er dog usandsynligt på grund af den bredt accepterede opfattelse af, at Jorden inkorporerede materiale over titusinder af millioner år i sammenstød med mindre kroppe, der fløj ind fra forskellige regioner i det udviklende solsystem.
”Vi troede, at vi vidste, hvad månen var lavet af, og hvordan den dannede sig, men selv 40 år efter Apollo er der stadig meget videnskab at gøre med de prøver, der er i kuratorfaciliteter på NASA,” sagde Dauphas.
Genudgivet med tilladelse fra University of Chicago News.