Kesan yang membentuk Bulan mungkin telah diserap ke dalam lautan magma Bumi

Bumi dan bulannya unik dalam Sistem Suria kita. Bumi adalah satu-satunya planet berbatu dengan bulan yang besar, dan hanya planet kerdil Pluto mempunyai bulan yang sangat serupa dengan planet tuan rumahnya. Bulan juga sangat mirip dengan Bumi dari segi komposisinya, mencadangkan mereka terbentuk dari kumpulan bahan yang sama dan bukannya Bulan yang terbentuk di tempat lain dan telah ditangkap.

Koleksi sifat ini membawa kepada beberapa idea mengenai bagaimana Bulan dibentuk, semuanya gagal untuk menyesuaikan data dalam pelbagai cara. Akhirnya, saintis datang dengan idea yang seolah-olah mendapatkan sebahagian besar gambaran yang tepat: perlanggaran di antara Bumi dan objek bersaiz Mars yang berlaku pada awal sejarah Sistem Suria, mewujudkan awan puing-puing yang bersamaan dengan Bulan .

Walaupun ia mendapat ciri-ciri utama sistem dua badan kita, masih ada beberapa perbezaan halus yang tidak diselesaikan oleh model impak. Sekarang, satu pasukan penyelidik Jepun mengatakan bahawa ada cara untuk merapikan beberapa hujung yang longgar ini: mempunyai kesan berlaku semasa Bumi diliputi dalam lautan magma cair.

Tutup, tetapi tidak betul

Menghancurkan objek berukuran Mars ke dalam planet bersaiz Bumi dapat dengan mudah menghasilkan sesuatu yang kelihatan seperti sistem Bumi-Bulan. Sekiranya impak berlaku secara serentak, anda akan mendapat momentum sudut yang betul dalam orbit kedua-dua badan. Peristiwa-peristiwa ini membuang sebahagian besar besi pengesan ke teras Bumi, dan Bulan berakhir dengan banyak bahan dari proto-Earth, menjelaskan komposisi yang serupa.

Tetapi terdapat beberapa butiran yang tidak mencukupi. Sebagai contoh, Bulan mempunyai lebih banyak oksida besi daripada Bumi, menunjukkan bahawa kedua-dua mayat yang berlanggar mempunyai komposisi yang berbeza. Tetapi nisbah pelbagai isotop yang kami uji telah menunjukkan bahawa Bumi dan Bulan adalah hampir sama, yang menunjukkan bahawa mereka mesti bermula dengan komposisi yang sangat serupa. Menyelaraskan kedua fakta ini tidak mudah.

Tetapi penyelidik di sebalik kerja baru itu memutuskan untuk memikirkan semula fizik pelanggaran itu, dan bukannya komposisi badan bertabrakan. Awal dalam sejarah Sistem Suria kita, walaupun selepas planet-planet utama terbentuk, masih terdapat banyak puing-puing yang tersisa. Banyak objek ini akhirnya akan disapu oleh planet-planet, mewujudkan kesan yang mantap. Tenaga yang dikeluarkan oleh kesan-kesan ini mungkin mencukupi untuk mencairkan permukaan planet, mewujudkan lautan magma, baik di seluruh dunia atau berhampiran khatulistiwa. Jadi, bagaimana jika kesan Pembentukan Bulan berlaku semasa Bumi berada dalam fasa laut magma?

Untuk mengetahui, para penyelidik mula-mula mengemas kini perisian yang digunakan untuk memodelkan kesan-kesan ini. Ini cenderung untuk merawat kedua-dua objek yang terlibat dalam kesan sebagai koleksi bahan pepejal. Oleh itu, mereka mengubah suai kod sedia ada supaya ia boleh mengendalikan sempadan dalam ketumpatan, yang berlaku di sempadan antara lautan magma dan mantel pepejal di bawahnya. Dengan itu, mereka mula menghancurkan perkara-perkara antara satu sama lain.

Percikan besar

Apabila kesan tipikal, badan yang lebih kecil datang, membentuk arka yang sedikit seperti kulit jeruk yang membuka (tanpa oren di dalamnya). Inti impak itu berakhir dengan meninggalkan sebahagian besar seluruh planet ini dan membentuk rumpun yang jatuh ke Bumi, berpindah ke inti dan meninggalkan puing-puing besi. Sementara itu, banyak lautan magma dikupas dari Bumi, berakhir dengan semburan yang kedua-duanya memimpin dan mengarahkan sisa-sisa neraka. Tak lama selepas itu, satu lagi gempa impak menyembur ke dalam samudera magma, meletakkan lebih banyaknya ke orbit di sekeliling jenazah Bumi. Pada akhirnya, hampir separuh lautan magma berakhir dibuang ke angkasa lepas.

Pasukan penyelidik melakukan pelbagai larian, dengan keadaan permulaan yang beragam, untuk mendapatkan rasa julat keputusan yang dapat dihasilkan oleh perlanggaran ini. Untuk menjadi penyelesaian yang realistik, perlanggaran perlu menghasilkan satu sistem dengan momentum sudut kanan, jisim kanan, dan kimia yang sepadan dengan apa yang kita tahu tentang pengedaran unsur-unsur dalam kedua-dua badan. Keadaan yang terakhir ini termasuk perkara-perkara seperti teras yang kaya dengan besi di Bumi, oksida besi berlebihan di Bulan, dan nisbah isotop yang sama.

Dua daripada ini bukan isu. Kebanyakan perlanggaran berakhir dengan majoriti besi metalik di Bumi, dan semuanya menghasilkan momentum sudut yang betul dalam sistem akhir. Ini bermakna bahawa pelbagai keadaan yang konsisten dengan kekangan fizikal pada model ini. Kurang had adalah jisim, di mana hasilnya berkisar dari kira-kira setengah jisim Bulan hingga 1.4 kali jisim Bulan. Biasanya, anda akan mendapat cakera serpihan yang lebih besar jika perlanggaran adalah serong dan pada kelajuan yang lebih rendah, sehingga membatasi keadaan perlanggaran sedikit.

Tetapi perbezaan utama dalam simulasi ialah kehadiran lautan magma. Simulasi menunjukkan bahawa kehadiran lautan magma menyebabkan perubahan dramatik dalam pemanasan kejutan yang berlaku semasa perlanggaran. Jika lautan magma lebih dalam daripada 500km, banyak lautan akan dimasukkan ke dalam orbit. Ini sebahagiannya kerana lautan magma yang sudah panas panas dipanaskan dengan lebih cekap oleh perlanggaran tersebut. Memandangkan lebih banyak bumi proto-Bumi dimasukkan ke dalam orbit, pecahan yang lebih tinggi dari Bulan berakhir terdiri daripada bahan itu-atau, lebih khusus, bahan dari lautan magma.

Sebahagian besar bahan dari proto-Earth bermakna Bulan dibentuk dengan pecahan isotop yang mirip dengan Bumi. Di samping itu, oksida besi mempunyai titik lebur yang agak rendah, yang harus meletakkan lebih banyaknya di lautan magma. Yang menjelaskan kelimpahan relatif Bulan ini. Mempunyai lebih banyak Bulan yang berasal dari proto-Earth bermakna kekangan pada objek yang bertembung dengannya tidak begitu ketat. Akibatnya, para penyelidik mencadangkan bahawa impactor itu boleh berasal dari dua kelas bahan permulaan yang berlainan, dan bukannya bahan yang sama seperti Bumi dibentuk dari.

Jadi, idea baru seolah-olah mengambil penjelasan yang dominan untuk pembentukan Bulan-kesan gergasi-dan menyusunnya sedikit. Dengan berbuat demikian, ia merangkumi beberapa ketidakkonsistenan antara model impak sedia ada dan data yang telah kami usahakan sejak beberapa dekad yang lalu. Dalam banyak cara, ini memberikan satu contoh hebat tentang bagaimana sains biasanya beroperasi: daripada membuang idea-idea apabila mereka tidak cukup sepadan dengan realiti, para saintis secara amnya memperbaiki idea dengan mengubahnya agar lebih sesuai dengan data.

Alam Geoscience, 2019. DOI: 10.1038 / s41561-019-0354-2 (Mengenai DOI).

Tonton video itu: Tidak boleh push up 100 kali stiap hari ? (April 2020).