Teoria Wielkiego Zderzenia – Ziemia i Planeta Theia

Dawno temu planeta Ziemia była niegościnnym miejscem, które wyglądało zupełnie inaczej od tego jakie dziś znamy. Na jej powierzchni panowały ekstremalne warunki, a dodatkowo Ziemia była wystawiona na zagrożenia z kosmosu. Zgodnie z tzw. teorią wielkiego zderzenia 4.5 mld lat temu doszło do kolizji pomiędzy proto-Ziemią oraz planetą Theią, w wyniku czego narodził się Księżyc. Jak do tego doszło?

Spoglądając na współczesną Ziemię ciężko jest nam sobie wyobrazić piekielne wizje z początków jej istnienia. Równie trudno jest wyobrazić sobie naszą planetę bez Księżyca, który towarzyszy nam podczas wieczornych spacerów. W początkowych latach Ziemia nie posiadała jednak swojego naturalnego satelity. Od wielu lat pochodzenie Księżyca stanowiło ogromną zagadkę dla świata nauki. Uczeni opracowali kilka teorii wyjaśniających powstanie ziemskiego satelity. Pierwszą teorię, znaną jako teoria rozszczepienia, w 1898 roku zaproponował George Darwin, będący synem słynnego uczonego Karola Darwina. Zgodnie z tym wyjaśnieniem Księżyc oderwałby się od Ziemi w skutek szybkiego ruchu wirowego naszej planety. W założeniach przyjmowano, że Ocean Spokojny byłby czymś w rodzaju blizny po tym zdarzeniu. Dziś wiemy juz jednak, że skorupa oceaniczna, która tworzy basen oceanu jest wielokrotnie młodsza od Księżyca, gdyż ma ok. 200 mln lat, a zatem nie może być pozostałością po procesie oderwania się go od Ziemi. Teoria rozszczepienia nie wyjaśniała również momentu pędu układu Ziemia – Księżyc.

Kolejną teorią powstania Księżyca była tzw. teoria koakrecji. Zgodnie z tym wyjaśnieniem, Ziemia oraz Księżyc powstały w układzie podwójnym z pierwotnego dysku akrecyjnego Układu Słonecznego. Przy powstawaniu Ziemi i Księżyca ze wspólnego materiału, skład pierwiastkowy oraz izotopowy pierwiastków powinien być identyczny na obu ciałach niebieskich. Zawartość żelaza na Księżycu jest jednak znacznie mniejsza niż na Ziemi. Ostatnią teorią była z kolei tzw. teoria przechwycenia. Zakładała, że Księżyc powstał niezależnie od Ziemi i zostałby przechwycony przez jej pole grawitacyjne. Prawdopodobnie w taki właśnie sposób powstały księżyce Jowisza oraz Saturna. Teoria przechwycenia nie zdobyła jednak uznania w przypadku Ziemi, gdyż nasza planeta musiałaby mieć grubą, gęstą atmosferę zdolną zahamować ruch Księżyca oraz powstrzymać jego ucieczkę.

W kolejnych latach opracowano tzw. teorię wielkiego zderzenia, która do dziś uchodzi za najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie powstania Księżyca. Teoria ta zakłada, że Ziemia nie była jedyną planetą formującą się w odległości 150 mln km od Słońca. Równocześnie w jednym z punktów libracyjnych formowała się także druga planeta, którą nazywa się Theia. Nazwa ta pochodzi z mitologii greckiej, w której tytanida Teja była matką bogini Księżyca Selene. Przez długi czas układ proto-Ziemi oraz Thei był stabilny i obie planety spokojnie krążyły wokół Słońca pomimo tego, że znajdowały się na tej samej orbicie, z tym że Theia była o 60 stopni przed lub za Ziemią. Wraz z upływem czasu obie planety zwiększały swoją masę, przez co układ tracił swoją stabilność. W momencie, gdy Theia osiągnęła rozmiary obecnego Marsa, oddziaływanie grawitacyjne pomiędzy nią, a Ziemią było już na tyle silne, że odległość między planetami zaczęła się coraz bardziej wahać. 34 miliony lat po uformowaniu się Ziemi, w końcu doszło do ogromnej kolizji.

Theia uderzyła skosem w Ziemię przy prędkości kilku kilometrów na sekundę. Wg symulacji komputerowych biliony ton materii uległy wyparowaniu lub stopieniu, a temperatura na niektórych częściach Ziemi podniosła się do ok. 10.000 stopni Celsjusza. Trudno jest nam sobie wyobrazić tak wielką siłę zderzenia. Uderzenie masywnej asteroidy byłoby dziecinną igraszką w porównaniu do takiej kolizji. Planeta Theia uległa zniszczeniu, wyrzucając część swojej masy oraz masy proto-Ziemi w kosmos. Część wyrzuconej materii opadła z powrotem na Ziemię, natomiast część, która pozostała na orbicie utworzyła pierścień wokół planety, z którego później uformował się Księżyc. Zderzenie doprowadziło do przechylenia osi obrotu Ziemi względem jej płaszczyzny wędrówki dookoła Słońca, które jest odpowiedzialne za ziemskie pory roku. Prosty model powstania Ziemi z dysku protoplanetarnego zakładałby brak takiego nachylenia, co odbiłoby się na braku zróżnicowanych pór roku. Prawdopodobnie zderzenie przyspieszyło także ruch obrotowy.

Teoria wielkiego zderzenia wyjaśnia również posiadanie przez Księżyc małego żelazowego jądra. Wkrótce po zderzeniu Księżyc zsynchronizował swój ruch obrotowy z obiegowym, dzięki czemu obserwujemy niezmiennie tylko jedną z jego półkul. Ogromna ilość energii uwolniona podczas zderzenia i późniejszego połączenia się materiału na orbicie ziemskiej najprawdopodobniej doprowadziła do stopienia dużej części Księżyca. Stopiona wówczas zewnętrzna warstwa satelity znana jest jako tzw. księżycowy ocean magmy. W wyniku ogromnej kolizji większa część żelazowego jądra Thei została włączona do jądra Ziemi. Obiekt ten odpowiada za ziemskie pole magnetyczne oraz utrzymujące się do dziś ruchy tektoniczne, które utworzyły kontynenty. Zdaniem naukowców niewiele brakowało do tego, aby również i Ziemia została zniszczona w czasie zderzenia. Naszą planetę prawdopodobnie uratowała niewielka prędkość oraz brak frontalnej kolizji. W innym przypadku proto-Ziemia mogłaby podzielić los planety Thei.

Teoria wielkiego zderzenia zyskała uznanie środowisk naukowych w latach 70-tych oraz 80-tych XX wieku. Badania nad teorią prowadzono od czasów misji Apollo, która dostarczyła na Ziemię pierwsze skały księżycowe. Początkowe analizy skał Księżyca wykazały, że materiał pochodzi w całości z Ziemi. Takie wyniki stały w sprzeczności z teorią wielkiego zderzenia, zgodnie z którą część materii powinna pochodzić także z Thei. W 2014 roku grupa niemieckich naukowców przeprowadziła jednak badania izotopów tlenu, które przyniosły optymistyczne rezultaty. Do analizy próbek zastosowano metodę spektometrii masowej. Okazało się, że skład izotopów tlenu w próbkach z Księżyca oraz Ziemi jest inny. Różnice nie były bardzo duże, jednak zdaniem dr Daniela Herwartza takie wyniki wystarczają do potwierdzenia teorii wielkiego zderzenia. W najbliższych latach badacze zamierzają dowiedzieć się ile konkretnie materiału z Thei pozostało w Księżycu.

Podsumujmy zatem argumenty przemawiające na korzyść teorii zderzenia proto-Ziemi z planetą Theią. Próbki Księżyca wskazują, że jego powierzchnia była kiedyś stopiona. Księżyc ma stosunkowo małe żelazne jądro oraz mniejszą gęstość od Ziemi. Teorię potwierdzają także różnice w składzie izotopów tlenu. Komputerowe symulacje takiego zdarzenia są też zgodne z danymi odnośnie momentu pędu systemu Ziemia-Księżyc. Dodatkowo, istnieją również dowody na podobne kolizje w innych układach gwiezdnych. Wszystko to sprawia, że teoria wielkiego zderzenia jest dziś dominującą teorią na temat pochodzenia Księżyca. Istnieje jednak kilka trudności, na które wciąż brakuje odpowiedzi.

Pierwsza z nich dotyczy tego, że część pierwiastków lotnych z Księżyca nie jest tak uszczuplona, jak wynikałoby to z teorii wielkiego zderzenia. Dodatkowo Księżyc powinien być bogaty w pierwiastki syderofilne, podczas gdy w rzeczywistości jest w nie ubogi. Ogromna kolizja powinna spowodować powstanie na Ziemi gigantycznego oceanu magmy. Jak na razie naukowcom nie udało się jednak odnaleźć takich śladów. Jeśli Księżyc powstał w wyniku ogromnej kolizji to możliwe, że inne planety również mogły zostać poddane podobnym uderzeniom. Zdaniem naukowców planeta Wenus doświadczyła w przeszłości wielkiej kolizji, jednak dziś nie posiada swojego księżyca.

Widzimy zatem, że teoria wielkiego zderzenia ma kilka luk, na które naukowcy nie potrafią udzielić odpowiedzi. Z tego powodu niektórzy badacze zaczęli ją modyfikować, proponując odmienne rozwiązania. W 2011 roku astrofizycy Erik Asphaugh i Martin Jutzi zaproponowali teorię zgodnie z którą młoda Ziemia miała dwa księżyce. Po pewnym czasie większy z nich przyciągnąłby mniejszego, a w wyniku ich zderzenia powstałby dzisiejszy Księżyc. Zdaniem naukowców, pozostałością po takim zderzeniu jest górzysta i nieregularnie uformowana niewidoczna strona Księżyca. Z kolei w 2012 roku Robin Canup opublikowała pracę zakładającą jeszcze inny wariant zderzenia. Zgodnie z tym modelem doszło do kolizji dwóch planet, po czym z wyrzuconej materii uformowała się najpierw Ziemia a następnie Księżyc.

Najnowsza teoria pochodzi z 2017 roku i została opracowana przez naukowców z Instytutu Nauki Weizmanna. Ich wyjaśnienie zakłada, że Księżyc powstał nie w skutek jednej ogromnej kolizji, lecz serii co najmniej 20 mniejszych zderzeń. Proto-Ziemia zderzałaby się z wieloma obiektami, a kolizje te wyrzucałyby materię w kosmos. Następnie wokół Ziemi uformowałby się dysk, po czym w jego obrębie miałoby dojść do sklejania się fragmentów, w wyniku czego powstał Srebrny Glob. Naukowcy wskazują, że na korzyść tej teorii przemawia fakt, że w formującym się Układzie Słonecznym kolizje zachodziły bardzo często. Takie wyjaśnienie nie rozwiązuje jednak problemu dlaczego taki księżyc nie powstał również wokół Wenus. Mimo trzech nowszych rozwiązań, teoria wielkiego zderzenia wciąż pozostaje najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem pochodzenia Księżyca.

Po kolizji z planetą Theią, przez wiele lat Ziemia pozostawała niegościnnym światem. Musiało upłynąć bardzo dużo czasu, aby pojawiły się warunki sprzyjające powstaniu życia. Nie wiadomo, czy bez zmiany kąta nachylenia osi Ziemi oraz jej orbity mógłby się wytworzyć klimat odpowiedni do powstania życia. Świat, który dziś znamy mógłby zatem nigdy nie powstać, gdyby nie zderzenie proto-Ziemi z Theią. Mając na uwadze te pradawne wydarzenie, warto się zastanowić, czy obecnej Ziemi grozi podobny kataklizm. Z pewnością w takim wypadku ewentualna kolizja całkowicie zniszczyłaby życie na naszej planecie. Ludzkość nie miałaby żadnych szans na przetrwanie i jedyną nadzieją pozostałaby ucieczka wybranych grup w kosmos. Jak na razie Ziemia trzyma się całkiem dobrze i w niczym nie przypomina mrocznego świata tuż po kolizji z planetą Theią.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Connecting to %s