Księżyc narodził się we wnętrzu Ziemi

Istnieje wiele koncepcji na temat powstania Księżyca, ale żadna z nich nie wyjaśniała dotąd wszystkich tajemnic ziemskiego satelity. Pierwszą sformułował w XIX wieku syn słynnego twórcy teorii ewolucji George Darwin. Twierdził, że wskutek dużej prędkości obrotowej Ziemi, a co za tym idzie olbrzymiej siły odśrodkowej, fragment naszej planety oderwał się w rejonie obecnego Pacyfiku i z czasem przekształcił w naturalnego satelitę.

Teraz wiemy, że ocean powstał w efekcie ruchów kontynentów, jednak skład chemiczny i izotopowy Księżyca dowodzi, że rzeczywiście był on niegdyś częścią Ziemi.

Zderzenie gigantów

Obecne hipotezy wskazują, że przyczyną oderwania się fragmentu planety była kolizja naszego globu z ciałem niebieskim wielkości Marsa. Planetę, która miała zderzyć się z Ziemią, nazwano Teją, od greckiego imienia mitologicznej matki bogini Księżyca – Selene.

Katastrofa była tak gigantyczna, że materia obu obiektów została rozproszona w przestrzeni, a następnie pod wpływem przyciągania grawitacyjnego uformowały się dwa ciała, z których jedno stało się planetą, a drugie jej satelitą.

Przez jakiś czas Ziemia i Księżyc mogły wymieniać między sobą materię. Gęstość struktury satelity w porównaniu z macierzystą planetą jest dość niska – ok. 3344 kg/m3, podczas gdy Ziemi wynosi 5514 kg/m3. Może to sugerować, że Księżyc uformował się głównie z Tei. Gdyby satelita powstał wskutek akrecji, czyli grawitacyjnego opadania rozproszonej materii na powierzchnię ciała niebieskiego – oba obiekty miałyby podobną gęstość.

Hipoteza zakłada, że katastrofa musiała nastąpić po zgromadzeniu się żelaza w jądrze proto-Ziemi. Po zderzeniu w przestrzeń popłynęła materia pochodząca z płaszczy obu ciał niebieskich, a wnętrze Tei stało się jądrem obecnego Srebrnego Globu. Pierwotnie Księżyc miał uformować się w odległości ok. 40 tys. km od Ziemi, po czym niesiony siłami pływowymi oddalić się od naszej planety ponad dziewięciokrotnie.

Księżycowa woda

Dopóki analizowano jedynie skały i pył naszego satelity, Teoria Wielkiego Zderzenia wydawała się kompletna. Potwierdzały ją również symulacje komputerowe.

Siła kolizji miała pozbawić proto-Księżyc wszelkich gazów, w tym wodoru, potrzebnego do powstania wody, której, jak wówczas przypuszczano, Księżyc jest niemal całkowicie pozbawiony.

W 2008 r. misja Apollo zachwiała dotychczasowymi przypuszczeniami. Okazało się bowiem, że na powierzchni Księżyca wykryto wodór. 2009 r. przyniósł kolejne rewelacje. Sonda LCROSS wystrzelona w kierunku ciemnej strony Srebrnego Globu wzbiła chmurę lodowego pyłu. Okazało się, że na Księżycu nie tylko jest woda, ale jest jej tam całkiem sporo. Na tyle dużo, że nie mogła być dostarczona jedynie przez komety czy meteoryty.

Naukowcy z Uniwersytetu Michigan przeanalizowali próbki materii ze skał liczących ponad 4,5 miliarda lat, czyli tyle ile Księżyc. Znaleźli w nich grupy hydroksylowe, co oznacza, że pierwiastki wodotwórcze znajdowały się w nim od momentu narodzin naturalnego satelity.

Kosmiczny pączek

28 lutego w czasopiśmie „Journal of Geophysical Research – Planets" pojawił się opis nowej koncepcji powstania Księżyca, zaproponowanej przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis i Uniwersytetu Harvarda.

– Nasze badania wyjaśniają cechy Księżyca, które trudno uzasadnić za pomocą dotychczasowych koncepcji – powiedziała prof. Sarah Stewart z UC Davis. – Księżyc jest chemicznie prawie taki sam jak Ziemia, ale istnieją pewne różnice.

Nowa teoria opiera się na synestii – typie obiektu planetarnego zaproponowanym przez Stewart i Simona Locka, magistranta z Harvardu. Powstaje on, gdy zderzenie obiektów wielkości planety zamienia je w szybko wirującą masę stopionej i wyparowanej skały z centrum wypełnionym jakąś treścią. Całość kształtem przypomina ogromny pączek. Według naukowców tak właśnie wyglądała Ziemia po Wielkim Zderzeniu.

Kiedy uformowała się ziemska synestia, kawałki stopionej skały wstrzyknięte na orbitę utworzyły „nasiona", z których później wykiełkował nasz satelita. Odparowana skała krzemianowa opadała na proto-Księżyc, podczas gdy „pączek" stopniowo się kurczył. W końcu Księżyc wyłonił się z chmur synestii ciągnącej za sobą własną atmosferę oparów skalnych.

Satelita odziedziczył skład chemiczny i izotopowy Ziemi, ale ponieważ uformował się w wysokich temperaturach, stracił te elementy, które ulegały łatwemu odparowaniu.

Według prof. Stewart synestia w przypadku Ziemi nie trwała długo – może około stu lat. Gdyby powstała z cieplejszych obiektów, takich jak gwiazda lub gazowa planeta, mogłaby istnieć kilkakrotnie dłużej.

W skali kosmosu jest to gwałtowny proces stygnięcia i kurczenia się. Synestia emituje wówczas ciepło, powodując skraplanie się pary wodnej w ciecz, która ostatecznie zapada się w stopioną planetę.