Hoe de aarde aan zijn maan kwam, is een lang besproken vraag. De gigantische impacttheorie - die stelt dat de maan werd gevormd door een botsing tussen de vroege aarde en een rotsachtig lichaam genaamd Theia - is de koploper geworden onder de verklaringen. Maar de details over hoe dit gebeurde, zijn wazig en er zijn veel observaties die wetenschappers nog steeds moeilijk kunnen verklaren.

Nu een nieuwe studie, gepubliceerd in Nature Geoscience, heeft licht geworpen op wat er werkelijk is gebeurd door een van de grootste mysteries rond de crash op te lossen - waarom de maan uiteindelijk bijna identiek was aan de aarde, in plaats van Theia, ervan uitgaande dat ze bestond.

Volgens de gigantische impacttheorie Theia was een lichaam van ongeveer de grootte van Mars of kleiner - de helft van de diameter van de aarde. Het sloeg 4,5 miljard jaar geleden in op de zich ontwikkelende aarde. Deze botsing produceerde genoeg warmte om magma-oceanen te creëren en wierp veel puin in een baan rond de aarde, die vervolgens samensmolten tot de maan.

De theorie verklaart de manier waarop en de snelheid waarmee de aarde en de maan om elkaar heen draaien. Ze zijn netjes op slot, wat betekent dat de maan altijd dezelfde kant naar de aarde laat zien als hij eromheen draait. Daarom was het zo'n prestatie toen de Chinezen hun Chang'e 4-ruimtevaartuig in 2019 op de andere kant van de maan landden - directe communicatie met die kant is nooit mogelijk vanaf de aarde.

De maan en de aarde zijn qua samenstelling bijna identiek. De verschillen zijn dat de maan minder ijzer heeft en minder van de lichtere elementen zoals waterstof, die nodig zijn om water te produceren. De gigantische impacttheorie legt uit waarom. Het zware element ijzer zou op aarde bewaard zijn gebleven. En de warmte die geproduceerd werd tijdens de inslag en het uitwerpen in de ruimte zou de lichtere elementen hebben weggekookt, terwijl de rest van het materiaal van de aarde en Theia zich zou hebben vermengd.

Computermodellen hebben de gebeurtenissen gereproduceerd die hebben geleid tot de vorming van de maan. De modellen die het beste bij alle waarnemingen passen, suggereren dat de maan voor ongeveer 80% zou moeten zijn samengesteld uit het materiaal dat afkomstig is van Theia. Dus waarom lijkt de maan verdacht veel op de aarde?

Een verklaring is dat Theia en de vroege aarde om te beginnen een identieke samenstelling moeten hebben gehad. Dat lijkt onwaarschijnlijk omdat elk gedocumenteerd planetair lichaam in ons zonnestelsel zijn eigen unieke samenstelling heeft, met kleine verschillen die de afstand tot de zon weerspiegelen waar een lichaam is gevormd.

Een andere verklaring is dat de vermenging van de twee lichamen veel grondiger was dan verwacht, een minder duidelijke handtekening van Theia achterlatend in de maan. Maar dat is ook onwaarschijnlijk, omdat het een veel grotere impact zou vereisen dan de daadwerkelijke impact.

Diep graven

De nieuwe studie lost dit dilemma op door aan te tonen dat de aarde en de maan niet zo op elkaar lijken als eerder werd gedacht. De onderzoekers keken met zeer hoge precisie naar de verdeling van isotopen van het element zuurstof in gesteenten die door de Apollo-astronauten van de maan werden teruggestuurd. In de chemie, de atoomkern van elk element bestaat uit deeltjes die bekend staan ​​als protonen en neutronen; isotopen van een element hebben hetzelfde aantal protonen in de kern als de reguliere versie, maar verschillende aantallen neutronen. In dit geval, isotoop van zuurstof, O-18, die acht protonen en tien neutronen heeft, is iets zwaarder dan de veel vaker voorkomende dan O-16, met zijn acht protonen en acht neutronen.

De studie toont aan dat er een klein verschil is tussen de aarde en de maan in hun zuurstofisotoopsamenstelling - hun profielen zijn immers niet identiek. Wat is meer, het verschil wordt groter als je naar stenen kijkt vanaf de mantel van de maan, dat is een laag onder het oppervlak of de korst - met meer lichtere zuurstofisotopen dan de aarde. Dit is belangrijk. De korst is waar gemengd puin zou zijn terechtgekomen, terwijl het diepe interieur meer stukjes Theia zou hebben.

Dus Theia en Aarde waren niet identiek, en de maan en de aarde zijn ook niet identiek. Maar de resultaten leren ons ook iets meer over Theia zelf.

Vanwege de zwaartekracht, men mag iets meer van de zwaardere isotopen dichter bij de zon verwachten. Vergeleken met de aarde, Theia moet meer van de lichtere zuurstofisotopen hebben gehad, wat suggereert dat het verder van de zon zou zijn gevormd dan de aarde.

Met de resultaten van deze studie heeft de gigantische impacttheorie een andere hindernis genomen bij het verklaren van de vorming van onze maan, en we hebben onderweg wat meer over Theia zelf geleerd.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.