Atklājumi.lv

Jauna teorija par Mēness izcelsmi: Mēness veidojies no Zemes mantijas

Jaunākie pētījumi nopietni apdraud līdz šim vadošo teoriju par Mēness izcelsmi – veicot kālija mērījumus iežos uz Zemes un Mēness, zinātnieki noskaidrojuši, ka abi debess ķermeņi ir izotopiskie dvīņi. 

Līdz šim nelielās atšķirības kālija izotopu segregācijā uz Zemes un Mēness no zinātniekiem “slēpās”, jo ar pieejamajām analītiskajām metodēm tās nebija iespējams noteikt. Taču viss mainījās, kad pērn, 2015.gadā, Vašingtonas universitātes (ASV) ģeoķīmiķis Kuns Vangs (Kun Wang) un Hārvarda universitātes (ASV) ģeoķīmiķis Steins Džeikobsens (Stein Jacobsen) izstrādāja jaunu metodi izotopu analizēšanai. Tā ir līdz pat 10 reizēm precīzāka, nekā iepriekš lietotās metodes.

Analizējot Zemes un Mēness iežus pēc jaunās metodes, zinātnieki ieguva pirmos eksperimentālos pierādījumus, kas ir pretrunā ar pašlaik valdošo teoriju par Mēness izcelsmi.

Pētījuma rezultāti publicēti žurnālā “Nature”.

Klasiskās Mēness izcelsmes teorijas “izotopiskā krīze”

20.gadsimta 70.gadu vidū divas savstarpēji nesaistītas astrofiziķu komandas nāca klajā ar teoriju, ka Mēness radies, Zemē ietriecoties Marsa izmēra debess ķermenim. Pēc sadursmes daļa no atlūzām nonākušas atpakaļ uz Zemes, daļa izkļuvušas no Zemes orbītas un izklīdušas tālāk visumā, bet vēl daļa palikusi Zemes orbītā, izveidojot Mēnesi. Tā kā šī hipotēze izskaidroja vairākus novērojumus, piemēram, Mēness relatīvi lielo izmēru un Zemes un Mēness rotācijas tempu, tā ātri vien kļuva par dominējošo Mēness izcelsmes skaidrojumu.

Aptuveni 30 gadus vēlāk, 2001.gadā, zinātnieki atklāja, ka izotopu sastāvs Mēness un Zemes iežos ir praktiski vienāds. Analizējot Mēness paraugus, kas iegūti 70.gados “Apollo” kosmisko lidojumu programmā, zinātnieki noskaidroja, ka uz Mēness, līdzīgi kā uz Zemes, ir 3 stabilu skābekļa izotopu pārbagātība.

Tas bija ļoti dīvaini, jo sadursmes simulācijas liecināja, ka 60-80% Mēness veidojošā materiāla nākuši no debess ķermeņa, kas ietriecās Zemē, nevis no pašas Zemes.

Debess ķermeņiem, kas veidojušies dažādās Saules sistēmas vietās, ir krietni atšķirīgs izotopiskais sastāvs. Iespēja, ka sagadīšanās pēc Zemei un debess ķermenim, kas tajā ietriecās, bija tās pašas izotopiskās iezīmes, ir gaužām niecīga.

Tātad klasiskā sadursmes hipotēze bija apdraudēta. Lai gan tā izskaidroja daudzas Zemes-Mēness sistēmas pazīmes, ģeoķīmija to neapstiprināja.

Sākotnēji zinātnieki domāja, ka hipotēzes “izotopisko krīzi” izdosies atrisināt, veicot precīzākus mērījumus, bet 2016.gadā, kad tika iegūti jaunie mērījumu rezultāti, tie tikai apstiprināja praktiski identisko Zemes un Mēness izotopisko sastāvu.

Tātad hipotēze bija jāmaina tā, lai tā izskaidrotu, kā galvenā Mēness masa nākusi no Zemes, nevis otra debess ķermeņa.

Ceļā uz jauno Mēness izcelsmes teoriju

Šobrīd zinātnieki nākuši klajā ar visdažādākajām uzlabotajām Mēness veidošanās hipotēzēm, bet galveno ievērību pagaidām guvušas divas no tām.
Sākotnējā sadursmes hipotēzē tika pieņemts, ka sadursme izkausēja daļu Zemes un pilnīgi visu otru debess ķermeni (triecienelementu), un pēc tam daļu sakausējuma “izmeta” kosmosā.

2007.gadā žurnālā “Earth and Planetary Science Letters” publicēta hipotēze šo teoriju papildināja ar silikātu atmosfēru ap Zemi un lunāro disku (magmas disku, kas pēc sadursmes izveidojies no triecienelementa). Pēc šīs hipotēzes silikāta tvaiki atmosfērā ļāva notikt materiālu apmaiņai starp Zemi un lunāro disku, pirms no izkusušā diska izveidojās Mēness.

“Viņi mēģina izskaidrot izotopiskās līdzības, pievienojot silikātu atmosfēru un joprojām paliekot pie zemās enerģijas sadursmes, gluži kā oriģinālajā Mēness izcelšanās teorijā. Tomēr materiālu apmaiņa caur atmosfēru notiek ļoti lēni un priekš šādas materiālu sajaukšanās nepietiktu laika,” hipotēzi kritizējis Vangs.

2015.gadā tika publicēta vēl viena hipotēze, kas pieņēma ka sadursme bijusi daudz spēcīgāka un postošāka – tik spēcīga, ka Zemes mantija un triecienelements pārvērušies tvaika formātā, tādā veidā pilnībā sajaucoties. Pēc tam izveidojies blīvs kausētā materiāla un tvaiku maisījums, kas pleties kosmiskajā telpā, piepildot vairāk nekā 500 reizes lielāku platību par mūsdienu Zemi. Kad šī atmosfēra atdzisusi, no tās gravitācijas ietekmē izveidojas Mēness. Pilnīgā sajaukšanās izskaidrotu identisko Zemes un Mēness izotopisko sastāvu.

Kālija nozīme Mēness izcelsmes skaidrošanā

Jaunajā “Nature” publicētajā pētījumā Vangs un Džeikobsens pievērsušies kālija īpatnībām Zemes un Mēness iežos. Kālijam ir trīs stabili izotopi, bet tikai divi no tiem (kālijs-41 un kālijs-39) ir gana izplatīti, lai mērījumus veiktu ar pētījumam nepieciešamo precizitāti.

Abi zinātnieki analizēja 7, dažādās misijās iegūtus Mēness iežu paraugus un salīdzināja tajos esošo kālija izotopu proporcijas ar 8 paraugiem no Zemes mantijas. Viņi atklāja, ka Mēness iežos ir nedaudz paaugstināts smagākā kālija izotopa, kālija-41, daudzums.

Vienīgais augstas temperatūras process, kas to varētu radīt, ir nepilnīga kālija kondensācija tvaika fāzē Mēness veidošanās laikā, jo smagākie izotopi pirmie “izkristu” no tvaikiem. Tomēr aprēķini parāda, ka gadījumā, ja šis process notika pilnīgā vakuumā, smago kālija izotopu daudzumam Mēness iežu paraugos vajadzētu būt vairāk nekā 100 reizes lielākam, nekā atklāts jaunajā pētījumā. Šī iemesla dēļ zinātnieki izteikuši pieņēmumu, ka Mēness veidojies krietni augstāka spiediena apstākļos, nekā pieņemts līdz šim (vairāk nekā 10 bar spiedienā).

Jaunais atklājums apgāž pieņēmumu par silikātu atmosfēru, jo pēc šī modeļa uz Mēness vajadzētu būt krietni mazāk smago izotopu, nekā uz Zemes – pilnīgi pretēji rezultātiem, kas iegūti no iežu paraugu analīzes.

Rezultāti apstiprina 2015.gada hipotēzi par krietni spēcīgāko sadursmi, kuras rezultātā izveidojies Mēness, un mudina domāt, ka lielākā daļa Mēness masas nākusi no Zemes mantijas.

Attēls: wikimedia.org

Avoti:

wustl.edu
sciencedirect.com

Brīvpieejas materiāls. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.