Akár néhány óra is elég lehetett a Hold kialakulásához

Holdunk születése annak köszönhető, hogy a fiatal Naprendszerben a Föld és egy Mars méretű égitest összeütköztek. Nemrégiben a Délnyugati Kutatóintézet (SwRI) és az Arizonai Egyetem kutatócsoportja, arra jutott, hogy nagyon nem mindegy, milyen geológiai tulajdonságai lehettek e Földbe ütköző, Theia néven emlegetett égitestnek.

A kutatók a legkorszerűbb modellszámítások segítségével szimulálták az ütközést, és e munka során azt is figyelembe vették, hogy milyen volt a két bolygó mechanikai szilárdsága. A kapott eredmények a The Astrophysical Journal Letters folyóiratban láttak napvilágot.

A számítási modellek fejlődése tette lehetővé azt, hogy figyelembe vegyenek olyan tényezőket is, amelyeket a korábbi modellekkel nem vonhattak be a számításokba. A mechanikai szilárdság is ilyen tényező, amelynek nagy jelentősége is lehet egy-egy ütközés során.

A kutatók korábban a Pluto-Charon rendszer modellezése során vették számításba ezt a tulajdonságot, és akkor vált világossá, hogy ez meglehetősen fontos. „Nem tudtuk biztosan, hogy a Hold esetében is számít-e. Amikor lefuttattuk a szimulációkat, kiderült, hogy valójában nagyon is sokat számít” – mondta el a kutatást vezető Adeene Denton.

A korábbi szimulációkban a Hold keletkezésében résztvevő égitesteket az egyszerűbb számítás kedvéért folyadékként kezelték, így számos tulajdonságot nem kellett figyelembe venni. Erre azért volt szükség, mert a szakemberek úgy vélték, ekkora égitestek esetében a szilárdság kérdése elhanyagolható. Emellett még a modern szuperszámítógépek használatával új utak is nyíltak a hasonló események modellezésében, ami szintén jelentősen javított a régi modelleken.

Mivel a magasabb hőmérsékletű égitestek anyaga gyengébb a hidegekénél, ezért most a kutatók arra jutottak, a Hold kialakulásában is szerepe volt a hőmérsékletnek. A modellszámítások közt volt olyan, amelyben létrejött egy porkorong a Föld körül, és ebből akkréció útján, néhány száz év alatt jön aztán létre a Hold (ez a klasszikus elképzelés a Hold születéséről). Ez akkor valósult meg, ha már „hideg” volt a Theia, a számítások szerint 127 Celsius-fokos.

A klasszikus elképzelés szerint, amely nem vette figyelembe az égitestek mechanikai szilárdságát, a Hold egy törmelékgyűrűből évszázadok vagy évezredek alatt jött létre.

Forrás: Wikimedia Commons

Azonban olyan modellfutás is volt, amely szerint néhány óra alatt kész Holdunk lett. Ehhez arra volt szükség, hogy a Theia már nagyrészt szilárd, de még forró legyen: 1730 Celsius-fokos felszíni hőmérsékletű – ekkor a bolygókezdemény felszínén ugyan olvadék lehetett, ám a mélyebb rétegeiben, nagyobb nyomáson szilárd volt. Bár már korábbi szimulációk közt is volt olyan, amely igen hamar megszülető Holdat eredményezett, arra csak most derült fény, hogy ebben a hőmérséklet és a vele együtt járó mechanikai szilárdság játszik szerepet.

A modellszámítások ábráin a Hold születési körülményeit a három sorban a hidegtől (400K = 123 Celsius-fok) a forróig (2000K = 1727 Celsius-fok) ábrázolták.

Forrás: Denton et al.

Mivel egy bolygó, vagy bolygókezdemény hőmérséklete erősen függ attól, hogy milyen idős is az égitest, a most kapott eredmények, no és persze a Holdról meglévő ismereteink segíthetnek azt is eldönteni, hogy pontosan mikor is játszódhatott le az ütközés. Az továbbra is kérdéses, minek köszönhető, hogy a Föld és a Hold összetétele olyan nagy mértékben hasonlít egymásra. Erre az egyik magyarázat az, hogy mind a Föld, mind a Theia hasonló helyen jött létre a Naprendszerben.

A kutatók által most felvázolt Hold-keletkezés nincs ellentmondásban egy olyan korábbi elmélettel sem, amely a Theia maradványait a Föld mélyére helyezte. A most végzett számítások szerint a Theia köpenyét alkotó anyagok (ennek jó része) hozhatták létre a Holdunkat, míg a magja, és a köpenyének a maradék része egyesült bolygónkkal. Ez azt is jelenti, hogy az új elmélet szerint se kizárt, hogy a Theia darabjai bolygónk mélyén mindmáig megmaradhattak.