Bolehkah Kesan Raksasa Memulihkan Bumi untuk Mewujudkan Bulan?

Dalam sentuhan baru mengenai teori impak gergasi, idea baru berpandangan bahawa Bulan mungkin terbentuk dari sisa-sisa bumi yang menguap setelah perlanggaran epik dengan badan bersaiz lain.

Dari semua masa dan usaha manusia telah memantau dan mengkaji Bulan, terdapat banyak sekali yang kita tidak tahu mengenainya, terutamanya apabila ia terbentuk.

Kebanyakan saintis planet bersetuju bahawa Bulan kita dicipta apabila badan bersaiz planet melanda Bumi setelah hampir terbentuk sepenuhnya. Tetapi mereka seolah-olah tidak bersetuju dengan hampir segala-galanya. Kini, sekumpulan penyelidik telah menghasilkan idea yang menaikkan apa yang dipanggil teori "Split": Jika kesan gergasi pertama kali dihapuskan Bumi, Bulan mungkin terbentuk dari planet kita yang menguap kekal.

Big Splat, Masalah Besar

Artwork objek bersaiz Mars bertabrakan ke Bumi pada awal sejarah sistem suria. Ramai ahli sains planet percaya bahawa kesan seperti ini membuang serpihan yang akhirnya membentuk Bulan, tetapi senario itu mempunyai masalah.
Getty Images / Lynette Cook

Teori yang paling lama, yang dibangunkan pada tahun 1970-an, mencadangkan bahawa objek dengan jisim Mars melepaskan tembakan ke bumi, melancarkan sejumlah besar batu ke dalam cincin yang mengorbit yang bersamaan membentuk Bulan. Kebanyakan Bulan akan dibuat bahan dari mantel pengesan. Sudut kesan memberi sistem Bumi-Moon momentum sudut semasanya.

Tetapi selama bertahun-tahun masalah dengan teori telah muncul. Untuk satu, ahli astronomi tidak menemui apa-apa kesan kesan solek kimia itu. Sebaliknya pengukuran nisbah isotop daripada unsur-unsur yang berlainan - seperti tiga isotop oksigen, 16 O, 17 O dan 18 O - menunjukkan bahawa Bulan dan Bumi dibuat sama dengan perkara yang sama. Ini adalah ganjil kerana semua badan sistem suria lain dengan nisbah isotop yang diketahui mempunyai tandatangan tersendiri.

Penyelidik telah berusaha untuk menghasilkan satu mekanisme yang boleh menimbulkan tanda tangan pengesan atau mencampurkannya dengan cukup bahan Bumi supaya mereka tidak dapat dibezakan. Terdapat banyak mekanisme yang mungkin: pencampuran semasa dan selepas impak, kesan yang lebih bertenaga yang boleh mengakibatkan lebih banyak bahan Bulan yang datang dari Bumi, atau kesan ganda daripada satu pun.

Kisah Asal Lunar Baru

Pada tahun 2017 penyelidik Sarah Stewart (University of California, Davis) dan pelajar siswazahnya, Simon Lock (Harvard University) melangkah lebih jauh dan mencadangkan pendekatan baru yang radikal. Mereka membangunkan model komputer yang menunjukkan bahawa apabila dua objek planet-massa bertabrakan, satu kemungkinan hasilnya ialah mereka menjadi sinestia, jisim batu dan logam yang menguap yang membentuk bentuk donat gergasi yang dihubungkan dengan tongkat pusat yang kaya logam. Bumbung adalah inti bumi yang masih hidup. Ia dihubungkan dengan tori luar yang kebanyakannya terdiri daripada batu silikat yang berputar dengan cepat dan berkembang di luar orbit bulan.

Struktur planet, planet dengan cakera dan sinestia, semua jisim yang sama.
Simon Lock dan Sarah Stewart

Lock mengatakan bahawa banyak penyelidik mempunyai masalah untuk memahami apa yang terjadi pada sesetia. "Ramai berfikir bahawa sinestia adalah sesuatu yang jenis lapisan di atas planet dan bukannya memikirkan adalah sebagai seluruh planet, " kata Lock. "Planet adalah sinestia."

Sintesis mungkin bertindak sebagai pengadun muktamad - impactor dan badan yang terjejas akan mencapai hampir keseluruhan keseimbangan kimia. Sekarang Lock dan Stewart, bersama-sama dengan penyelidik lain, telah mengkaji bagaimana sinestia daratan mungkin kelihatan seperti dan bagaimana model mereka sesuai dengan beberapa pemerhatian utama sistem Bulan-Bumi. Keputusan mereka telah diterbitkan dalam talian pada 28 Februari dalam Penyelidikan Jurnal Geofizik .

Dalam model mereka, Bulan membentuk dalam torus yang mengorbit dari sinestia. Apabila wap batu memancarkan haba dan menyejukkan, ia mula mengembunkan ke dalam titisan batu cair. Bit batu pepejal, dilancarkan ke orbit oleh kesan, bertindak sebagai biji yang menimbulkan titisan, berkembang menjadi bulan-bulan yang akhirnya bergabung bersama.

Akhirnya sinestia menyusut di bawah orbit lunar, meninggalkan sebilangan bulan yang terbentuk tetapi masih cair.

Sinestia Terestrial: Kebaikan & Kekurangan

Kekangan utama terhadap senario asal mana-mana bulan menjelaskan mengapa Bulan mempunyai sedikit unsur yang tidak menentu, seperti oksigen dan karbon dioksida, berbanding Bumi. Para penyelidik telah menganggarkan bahawa torus dari synestia akan mencapai suhu dan tekanan yang tinggi. Apabila keadaan menjadi sejuk, barangan yang paling mudah dibina kekal dalam fasa gas lebih lama, jadi kurangnya menjadikan Bulan.

Model synestia juga lebih santai dalam apa yang diperlukan dari kesan asal. Teori Big Splat memerlukan tubuh dengan jisim Marikh yang hanya merumput Bumi, hampir hilang, sehingga bahan yang cukup akan dilancarkan ke orbit. Model synestia lebih fleksibel: Selagi kesan membebaskan tenaga yang diperlukan untuk mencipta sinestia, ia berfungsi dengan pelbagai saiz dan sudut impactor. Akibatnya, peluang bertambah besar sehingga peristiwa pembentukan Bulan akan berlaku di tempat pertama.

Konsep artis ini menunjukkan bulan panas, lebur yang muncul dari sinestia, gumpalan gumpalan batu bergetar yang terbentuk ketika objek bersaiz planet bertembung. Sinestia sedang dalam proses pemeluwapan untuk membentuk Bumi. Ilustrasi sinestia didasarkan pada penyajian artis NASA cakera protoplanet.
Sarah Stewart

Oleh itu, sekiranya peristiwa pembentukan Bulan lebih cenderung, maka mengapa kita tidak melihat Bulan yang lebih besar di sekeliling planet terestrial? Saiz sampel kami mungkin terlalu kecil, Kunci jawapan. "Kita mungkin perlu menunggu sehingga kita boleh belajar exomoons untuk mengetahui bagaimana Bulan-bulan besar biasa, " kata Lock.

Setakat ini, model sinestia telah menghasilkan reaksi berlainan dalam kalangan saintis planet. Sesetengah daripada mereka mengalu-alukannya sebagai pembetulan potensi untuk batasan teori kesan gergasi, tetapi yang lain tetap ragu-ragu.

"Ramai daripada kita menginginkan senario yang lebih alami yang menjadikannya lebih atau tidak dapat dielakkan bahawa Bulan akan mempunyai komposisi isotop yang sama seperti Bumi, " kata ahli sains planet Jay Melosh semasa perbualan baru-baru ini dengan Sky & Telescope .

Pada masa akan datang, pasukan itu merancang untuk memperbaiki lagi aspek-aspek tertentu model yang pada masa ini tidak dipahami dengan baik. "Dalam beberapa aspek ini hampir satu bukti konsep, " kata Lock. Memperbaiki pemahaman mereka mengenai interaksi graviti kompleks antara Bulan yang membentuk dan sekitarnya, serta spesifik bagaimana bahan-bahan yang menguap dan cair berinteraksi dalam torus penyejukan adalah antara matlamat yang paling segera.