Hiiglasliku kokkupõrke hüpotees: Kuu tekkimine ja tõendid

Hiiglasliku kokkupõrke hüpoteesi kohaselt tekkis Kuu noore Maa ja Marsi-suuruse protoplaneedi kokkupõrke rusudest. See on eelistatud teaduslik hüpotees Kuu tekkimise kohta.

Tõendid selle hüpoteesi kohta pärinevad Kuu proovidest, mis näitavad, et:

1. Kuu pind oli kunagi sulanud
2. Kuu ilmselt suhteliselt väike raudsüdamik ja madalam tihedus kui Maal ning
3. tõendid sarnaste kokkupõrgete kohta teistes tähesüsteemides (mille tulemuseks on "jäätmekettad").

Kokkupõrkuvat keha nimetatakse mõnikord Theiaks, mis on Kreeka müütilise titaani järgi, kes oli Kuu jumalanna Selene ema.

Selle hüpoteesi puhul on mitu vastuseta küsimust. Kuu hapniku isotoopide suhe on sisuliselt identne Maaga, ilma et oleks tõendeid mõne teise päikesekeha panuse kohta. Samuti ei ole Kuu proovides lenduvate elementide, raudoksiidi või siderofiilsete elementide (keemilised elemendid, mis seonduvad rauaga) oodatud suhe ning puuduvad tõendid selle kohta, et Maal oleks kunagi olnud magmaookean, mida see hüpotees eeldab.

Täiendavad selgitused ja tõendid

Millises vormis sündmus toimus? Enamik mudeleid kujutavad väikese (Marsi suuruse) keha ja noore Maa väga energilist kokkupõrget ligikaudu 4,5 miljardit aastat tagasi. Kokkupõrke energia aurustas osa materjalist ja tekitas ümber Maa jäätmeketta ehk debris-ketta, millest hiljem kondenseerudes ja kokku kukkudes moodustus Kuu. Sellised simulatsioonid osutavad, et Mooni moodustumine sel viisil suudab selgitada Maa–Kuu süsteemi kogu impulssi ja asjade jaotust.

Geokeemilised tõendid:

• Kuu kivimite analüüs (peamiselt Apollo missioonide proovid) näitab, et Kuu pinnase osa oli kunagi laialdaselt sulanud — olemas on tõendeid nn Kuu magmaookeani kohta (lunar magma ocean), mis selgitab anortosiidist kooriku teket.
• Kuu tihedus ja raudsüdamiku väiksus viitavad sellele, et suurem osa rauast jäi Maa külge või settis Maa sisse pärast kokkupõrget — see seletab ka suhtelist rauavaesust Kuu sees.
• Keemilised ja isotoopilised sarnasused (eriti hapniku isotoopide suhe) Maa ja Kuu vahel on üllatavalt suure ühtlusega; see seab nõudeid kas ulatuslikule materjali segunemisele kokkupõrke käigus või sellele, et Theia oli keemiliselt Maaga väga sarnane.
• Kaugel teistes tähesüsteemides täheldatud tolmu- ja jäätmekettaid (debris disks) annavad otsest näidet, et sarnased suurte õnnetuste tagajärjed on universumis võimalikud ja mitte erakordsed.

Peamised probleemid ja teaduslikud väljakutsed

• Isotoopiline puzzle: Kui Kuu tekkis peamiselt Theia materjalist, siis miks on selle hapniku ja mitmete teiste elementide isotoopilised suhted praktiliselt identsed Maa omadega? See nõuab kas väga tõhusat segunemist kokkupõrke ajal või puhtjuhuslikku Theia koostise kokkulangevust Maa omaga.
• Lenduvate elementide ja volatiilsuse vähesus: Kuu on vaesem kergesti aurustuvatel elementidel (näiteks vesinik, süsinik, lämmastik), mis toetab ideed väga kuumast konditsioneerimisest, kuid täpsed mustrid ja hulk erinevates proovides on keerukad ja vajavad selgitamist.
• Siderofiilsete elementide (raud-kõrvalained) hulk: Kuu proovid ei näita täielikult seda jaotust, mida kõige lihtsamad kokkupõrke-mudelid ennustaksid. See puudutab ka ühtlasi Maa varajase keemilise evolutsiooni märke (nn "late veneer").
• Maa magmaookean: mõnes tekstis eeldatakse, et Maa ise läbis pärast suurt kokkupõrget ulatusliku sulamise ehk magmaookeani faasi. Otsene geoloogiline tõend terviklikust Maa magmaookeanist on piiratud, kuna Maa vanimad kivimid on hilisemad ja tektoonika on neid muutnud; seega Maa varajase termilise ajaloo rekonstrueerimine tugineb peamiselt modelleerimisele ja indirektele keemilistele näitajatele.

Uued mudelid ja võimalikud lahendused

Et leevendada eeltoodud probleeme, on viimastel aastatel välja pakutud mitmeid variatsioone ja täiustusi:

• Kanoni(ne) mudel: traditsiooniline Marsi-suurune Theia lööb Maad suhteliselt madala energiaga ja tekib jäätmeketas, millest Kuu moodustub. See seletab paljusid omadusi, kuid jääb isotoopilise sarnasuse selgitamisel hapuks.
• Kõrge-energia / kiire pöörlemise mudelid: kui Maa enne kokkupõrget varem kiirelt pöörles või kui kokkupõrge oli väga eristruktuurne (näiteks väga energiline „hit-and-run“ või „synestia“-mudel), võib see tekitada laialdasemat segunemist Maa ja Theia materjali, mis aitab seletada isotoopilist ühtlust.
• Mitme väiksema osaleja hüpotees: mitmed väiksemad kokkupõrked võiksid järk-järgult kasvatada Kuu ja võimaldada suuremat segunemist, vähendades vajadust ühe suure Theia järele.

Tulevased uuringud ja kuidas hüpoteesi edasi testida

• Uued proovid Kuu tagapoolt ja vanematest piirkondadest (näiteks planeeritud proovid Artemis-missioonide või tulevaste unikaalsete tagasitoimetamiste kaudu) annavad täpsemaid andmeid isotoopide, volatiilide ja siderofiilsete elementide kohta.
• Veelgi täpsemad isotoopilised mõõtmised (näiteks Ti, Cr, Si, W isotoopid) võivad kitsendada võimalikku Theia koostist või näidata, milline segunemismehhanism toimus.
• Seisvamad geofüüsikalised vaatlused (nt seismoloogia, gravitatsioonimõõtmised) aitavad selgitada Kuu sisemist struktuuri ja raudsüdamiku suurust täpsemalt.
• Arvutuslikud simulatsioonid ja pilootmudeleid arendatakse edasi, et kombineerida dünaamilisi, termilisi ja keemilisi protsesse ühtseks narratiiviks.
• Vaatlused teiste tähesüsteemide debris-kettadest annavad konteksti, kui tavalised või haruldased sellised suured kokkupõrked on galaktilisel skaalal.

Kokkuvõte: Hiiglasliku kokkupõrke hüpotees on tänapäeval kõige laialdasemalt tunnustatud selgitus Kuu tekkeks ja see selgitab hästi mitmeid geokeemilisi ja dünaamilisi omadusi. Samas jääb mitu olulist detaili — eriti täpsed isotoopilised sarnasused Maa ja Kuu vahel ning volatiilide ja siderofiilide jaotumine — teadlastele väljakutseks. Uued andmed ja täiustatud mudelid on aktiivses arengus ning tõendeid kogutakse nii Kuu enda proovidest kui ka teistest tähesüsteemidest.

Küsimused ja vastused

K: Mis on hiiglasliku mõju hüpotees?

K: Millised on tõendid hiiglasliku kokkupõrke hüpoteesi kohta?

Küsimus: Kuidas nimetatakse kokkupõrkekeha hiiglasliku kokkupõrke hüpoteesi puhul?

K: Millised on hiiglasliku kokkupõrke hüpoteesi vastuseta küsimused?

Küsimus: Milline on Kuu tekkimise eelistatud teaduslik hüpotees?

K: Milline on Kuu tihedus võrreldes Maaga?

K: Mis on Kreeka müütiline titaan, mida seostatakse Kuuga hiiglasliku kokkupõrke hüpoteesi kohaselt?

Otsing