I decennier har forskare funderat över hur Jorden förvärvade sin enda satellit, Månen. Medan vissa har hävdat att det bildades av material som tappats av jorden på grund av centrifugalkraft eller fångades av jordens tyngdkraft, är den mest accepterade teorin att månen bildades för ungefär 4,5 miljarder år sedan när ett objekt i Mars-storlek (benämnd Theia) kolliderade med en proto-Earth (aka. Giant Impact Hypotesen).
Eftersom proto-jorden upplevde många jättepåverkan förväntas emellertid flera månar ha bildats i en bana runt den över tid. Frågan uppstår alltså, vad hände med dessa månar? Genom att väcka just denna fråga genomförde ett team som ett internationellt forskargrupp en studie där de föreslår att dessa ”månkronor” så småningom skulle ha kraschat tillbaka till jorden och bara lämnat den vi ser idag.
Studien, med titeln "Moonfalls: Collisions between the Earth and its past moons", dök nyligen upp online och har accepterats för publicering i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society. Studien leddes av Uri Malamud, en postdoktor från Technion Israeli Institute of Technology och inkluderade medlemmar från universitetet i Tübingen, Tyskland och Wien.
För deras studie har Dr. Malamud och hans kollegor - professor Hagai B. Perets, Dr. Christoph Schafer och Mr. Christoph Burger (en doktorand) övervägt vad som skulle hända om Jorden, i sin tidigaste form, hade upplevt flera gigantiska effekter som föregick kollisionen med Theia. Var och en av dessa påverkningar skulle ha haft potentialen att bilda en sub-Lunar-massa "moonlet" som skulle ha interagerat gravitationsmässigt med proto-jorden, såväl som eventuella tidigare bildade moonlets.
I slutändan skulle detta ha resulterat i sammanslagningar av månfärgade månfärgningar, månkronorna kastas ut från jordens omloppsbana eller månbotten faller till jorden. Till slut valde Dr. Malamud och hans kollegor att undersöka denna senare möjlighet, eftersom den inte tidigare har utforskats av forskare. Dessutom kan denna möjlighet ha en drastisk inverkan på jordens geologiska historia och utveckling. Som Malamud antydde till Space Magazine via e-post:
”I den nuvarande förståelsen av planetbildning var de sena stadierna av markbunden planettillväxt genom många jättekollisioner mellan planetembryon. Sådana kollisioner bildar betydande skräpskivor, som i sin tur kan bli månar. Som vi föreslog och betonade i detta och våra tidigare artiklar, med tanke på mängden av sådana kollisioner och månens utveckling - kommer förekomsten av flera månar och deras ömsesidiga interaktioner att leda till månfall. Det är en inneboende, oundviklig del av den nuvarande planetformationsteorin. ”
Eftersom jorden är en geologiskt aktiv planet och eftersom dess tjocka atmosfär leder till naturlig väderbildning och erosion förändras ytan drastiskt med tiden. Som sådant är det alltid svårt att fastställa effekterna av händelser som inträffade under de tidigaste perioderna på jorden - dvs. Hadean Eon, som började 4,6 miljarder år sedan med jordbildning och slutade för 4 miljarder år sedan.
För att testa huruvida flera påverkan kunde ha ägt rum under denna Eon, vilket resulterat i månkroppar som så småningom föll till jorden, genomförde teamet en serie simulerade hydrodynamiska (SPH) simuleringar. De betraktade också ett antal månmassor, kollisionskollisationsvinklar och initiala rotationshastigheter för jorden I grund och botten, om månkronor föll till jorden tidigare, skulle det ha förändrat rotationshastigheten för proto-jorden, vilket resulterat i dess nuvarande siderala rotationsperiod på 23 timmar, 56 minuter och 4,1 sekunder.
I slutändan fann de bevis för att även om direkta effekter från stora föremål inte var troliga att ett antal betande tidvattenkollisioner kunde ha ägt rum. Dessa skulle ha lett till att material och skräp kastades upp i atmosfären som skulle ha bildat små månar som sedan skulle ha interagerat med varandra. Som Malamud förklarade:
”Våra resultat visar emellertid att när det gäller ett månfall, är distributionen av materialet från månfallet inte ens på jorden, och därför kan sådana kollisioner ge upphov till asymmetrier och kompositionens inhomogeniteter. Som vi diskuterar i tidningen finns det faktiskt möjliga bevis för det senare - månfall kan potentiellt förklara de isotopiska heterogeniteterna i starkt siderofila element i terrestriska bergarter. I princip kan en månkollisioner också ge en storskalig struktur på jorden, och vi spekulerade i att en sådan effekt kunde ha bidragit till bildandet av jordens tidigaste superkontinent. Denna aspekt är dock mer spekulativ och det är svårt att direkt bekräfta med tanke på jordens geologiska utveckling sedan dessa tidiga tider. ”
Denna studie utvidgar effektivt den nuvarande och allmänt populära Giant Impact Hypotesen. I enlighet med denna teori bildades månen under de första 10 till 100 miljoner åren av solsystemet, när de jordiska planeterna fortfarande bildades. Under de sista stadierna av denna period tros dessa planeter (Merkurius, Venus, Jorden och Mars) ha vuxit främst genom påverkan med stora planetembryon.
Sedan den tiden tros månen ha utvecklats på grund av ömsesidig jord- och månvatten och migrerade utåt till sin nuvarande plats, där den har varit sedan dess. Detta paradigm beaktar emellertid inte effekter som ägde rum före ankomsten av Theia och bildandet av jordens enda satellit. Som ett resultat hävdar Dr. Malamud och hans kollegor att den är frånkopplad från den större bilden av markbunden planetbildning.
Genom att ta hänsyn till potentiella kollisioner som föregår månens bildning, hävdar de, kan forskare ha en mer fullständig bild av hur både jorden och månen utvecklades över tid. Dessa fynd kan också få konsekvenser när det gäller studien av andra solplaneter och månar. Som Dr. Malamud antydde finns det redan tvingande bevis för att storskaliga kollisioner påverkade utvecklingen av planeter och månar.
"På andra planeter ser vi bevis för mycket stora påverkan som producerade en topografisk funktion på planeten, till exempel den så kallade Mars-dikotomin och eventuellt dikotomin på Charons yta," sade han. ”Dessa var tvungna att uppstå från stora effekter, men tillräckligt små för att göra sub-globala planetfunktioner. Månfallen är naturliga förfäder till sådana effekter, men man kan inte utesluta några andra stora effekter av asteroider som kan ge liknande effekter. ”
Det finns också möjligheten att sådana kollisioner inträffar i en avlägsen framtid. Enligt nuvarande uppskattningar av dess migration kommer Mars-månen Phobos så småningom att krascha på planeten. Även om det är litet jämfört med effekterna som skulle ha skapat månbitar och månen runt jorden, är denna eventuella kollision direkt bevis på att månfallen ägde rum i det förflutna och kommer igen i framtiden.
Kort sagt, historien om det tidiga solsystemet var våldsamt och kataklysmiskt, med en hel del skapelse som följde av kraftfulla kollisioner. Genom att ha en mer fullständig bild av hur dessa effekthändelser påverkade utvecklingen av markplaneterna kan vi få ny inblick i hur livsbärande planeter bildades. Detta i sin tur kan hjälpa oss att spåra sådana planeter i extra-solsystem.
