Hogyan született a Hold?

Egy, az 1970-es években született elmélet szerint a Holdat annak idején egy óriási becsapódás hozta létre. Eszerint a következő történhetett: miután a Föld már felmelegedett és végbement benne az anyagszétválás, a nehezebb anyagok (vas, nikkel) a magban gyűltek fel, a köpeny pedig elérte a mai sűrűséget.

Ekkor egy Mars-méretű égitest csapódott bolygónkba, hatalmas krátert ütött rajta, s nagy mennyiségű anyagot szakított ki a külső részéből. A kiszakadt törmelékdarabok kirepültek az űrbe, és Föld körüli pályára álltak. Ebből alakult ki később a Hold, amelynek sűrűsége körülbelül a földköpeny sűrűségével egyezik meg.

Bár az elmélet már csaknem harmincéves, a kutatók mind a mai napig csak találgatnak, hogy honnan származott, és milyen lehetett a becsapódó égitest. Miért nem korábban ütközött bolygónkkal, a bolygóképződést követő nagy káoszban, az óriási ütközések idején, miért csak a Föld kialakulása után csapódott be?

Három test, öt pont

Richard Gott asztrofizikus és Edward Belbruno matematikus új koncepciója szerint a kései ütközés oka, hogy a marsi mérettel rendelkező becsapódó test a Naptól a Földdel azonos távolságban, valamely gravitációsan stabil pontban, például Lagrange-pontban képződhetett.

A gravitációsan stabil pontokat a 18. században Langrange fedezte fel. A Lagrange-pontokban (L1, L2…L5) az égitestek tömegvonzási erői tökéletesen kiegyenlítik egymást. Langrange szerint az égi mechanikai háromtest-problémának öt speciális megoldása van, amelyek tetszőleges tömegű három testre érvényesek, amennyiben a három tömegpont kölcsönös távolságainak aránya a mozgásuk során állandó marad.

Ha veszünk két, adott tömegű, közös középpont körül keringő testet, amelyek közül az egyiket az L1, …, L5 Lagrange-pontok valamelyikébe helyezünk el, akkor a három test egymáshoz viszonyított helyzete, alakzata a mozgás során változatlan marad. Az L1, L2, L3 pontok esetén folyamatosan egy egyenesen lesznek, az L4 és L5 pont esetén pedig mindig egy szabályos háromszög csúcsaiban helyezkednek el. A Lagrange-pontok pontos elhelyezkedését az adott tömegek aránya határozza meg.

Lagrange-pontok a Föld, a Nap és a Hold viszonyában >>

Égi walzer

Gyakorlatban például, ha vesszük a Napot és a Földet, vagy a Földet és kísérőjét, meghatározható két olyan pont (L4 és L5) a Föld illetve a Hold keringési pályáján, ahol a két-két égitest garvitációs terének interferenciája egy stabil gravitációs pontot hoz létre. Az L4 és L5 pontok mindig egy egyenlőszárú háromszöget képeznek a Nappal és a Földdel, illetve a Földdel és a Holddal. A stabil „gravitációs metszéspont” körül elliptikus pálya alakulhat ki, amelyen aszteroidák, kisebb testek, törmelék keringhet.

Nem sokkal a Nap születése után, a Föld létrejöttének idején, a maradék por, törmelék összegyűlhetett a Föld pályájának közelében. Elképzelhető, hogy a Nap és a Föld által meghatározott L4 és L5 pontokban viszonylag tartósan anyag gyűlhetett fel. Gott és Belbruno elképzelései szerint ezeken a virtuális pontokon akár annyi anyag is összegyűlhetett, amely egy kisebb bolygó képződéséhez is elegendő. A megfelelő mennyiségű anyag jelenléte már valószínűsítheti az anyag tömörülését, szorosabb kölcsönhatását, így az égitest-formációnak is van esélye.

A kisebb bolygónyi test mozgása azután lelassult, érvényre juthatott a tömegvonzás. Az égitest tovább növekedett, akár bolygónyi méretű égitest is képződhetett mintegy 30 millió év alatt – helyszínel a szerzőpáros az Astronomical Journal-ban.

Pályánmaradás és komoly összeütközések

A bolygónyi objektum keringett a Föld és a Nap viszonylatában meghatározott L4 vagy L5 pont körül, miközben további testekkel is összeütközhetett. Az ütközések kezdetben minden bizonnyal nem voltak elégségesek a pálya elhagyására, viszont elegendően nagyok lehettek ahhoz, hogy a bolygó mozgása jelentősen felgyorsuljon.

A gyorsulás hatására az égitest idővel elhagyta pályáját, és a Földnél gyorsabban mozogva bolygónkba ütközhetett. A “baleset” hatására a felszíni rétegek leszakadásával a földi gravitációs mező belső rétegeibe orbitális pályára állt anyag a stabilabb gravitációs pontok köré rendeződött, és az előbbiekben felvázolt elképzelés logikáját követve létrejött a Hold.

A koncepciót igazán csak a stabil gravitációs pontok valamelyikébe küldött szondák támaszthatnák alá. Elképzelhető, hogy megtalálható még olyan anyag ezeken a területeken, amely összefüggésben van a becsapódott égitesttel, annak ellenére, hogy az esemény óta legalább négy milliárd év telt el.