In de vroege dagen van het zonnestelsel, een eerste aarde wordt verondersteld te zijn verpulverd door een planeet die wetenschappers Theia noemen. We weten niet waar het van gemaakt is of waar het vandaan komt, alleen dat het misschien zo groot was als Mars. De krachtige botsing vernietigde beide planeten zo volledig dat wetenschappers alleen maar kunnen raden hoe ze waren.

Waar wetenschappers meer zeker van zijn, is dat de twee planeten een massa gesmolten materiaal werden die geleidelijk afkoelde om de aarde en de maan te vormen.

"Deze gesmolten massa draaide rond en vormde een schijf, die een paar dagen bestond. De temperatuur, die erg hoog was, langzaam afgekoeld en al het zware vloeide samen om de aarde te vormen vandaag, " zei Dr. Razvan Caracas, een natuurkundige die de binnenkant van planeten bestudeert in het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek in Lyon, Frankrijk.

Dr. Caracas voert computersimulaties uit van wat er gebeurde met deze massa atomen en materialen onmiddellijk na de botsing als onderdeel van een project genaamd IMPACT. Hij gebruikt computervermogen gelijk aan 200 desktop-pc's die twee weken draaien om te berekenen wat er onder één reeks omstandigheden na de botsing gebeurt. Drie supercomputercentra in Frankrijk zullen in slechts vijf jaar de benodigde 120 miljoen uur computertijd voor het project leveren.

De eerste schokgolf na de botsing van proto-aarde en Theia genereerde verpletterende drukken en temperaturen die misschien wel 10, 000°C in het midden.

"Het is moeilijk voor te stellen hoe de omstandigheden waren, " zei Dr. Caracas. Bijna het hele periodiek systeem der elementen zou in een 'superkritieke toestand' zijn geweest - een mist van gedemonteerde atomen, niet in gasvorm of in vloeibare vorm.

De komende dagen, zware materialen zoals ijzer begonnen het centrum te vormen van een nieuwe planeet:de aarde.

"De metalen scheidden zich langzaam af als druppeltjes terwijl ze afkoelden, en later zouden de silicaten (mineralen) vloeibaar worden. Het zwaarste binnenste deel van de aarde gevormd, dan zou er materiaal op de planeet zijn gevallen, "Zei Caravas. "Het buitenste deel van de schijf zou een ring hebben gevormd en uiteindelijk zijn gegroeid om de maan te vormen."

Klok

Terwijl de aarde binnen enkele dagen samenkwam, de maan heeft waarschijnlijk weken of maanden nodig gehad om vorm te krijgen, volgens Dr. Caracas. Er hebben misschien zelfs twee manen rond de vroege aarde gedraaid, waarbij de ene tegen de andere botst om de maan te creëren die we vandaag zien. Beide nieuw geslagen lichamen hadden toen een oceaan van gesmolten gesteente.

Dr. Joshua Sneep, een maangeoloog aan de VU Amsterdam, Nederland, is geïnteresseerd in de vroege maan. Hij hoopt de leeftijd te bepalen binnen een bereik van tientallen of honderden miljoenen jaren. De traditionele opvatting is dat het ongeveer 4,5 miljard jaar geleden is gevormd.

"Er gebeurde iets ingrijpends op de maan tussen 4,35 en 4,4 miljard jaar geleden. De eenvoudigste verklaring is dat de maanmagma-oceaan (die de maan bedekt) afkoelde, "zei Dr. Sneep.

Dankzij het gebrek aan tektonische activiteit van de maan, al zijn rotsen kunnen ons vertellen over deze magmaperiode - een belangrijke fase in de vorming van de maan.

Hoe lang het magma duurde om af te koelen, is een cruciale vraag, Dr. Sneep zegt. "Het is belangrijk om te begrijpen hoe lang dit duurt, omdat we wat we weten over de maan opschalen naar andere planeten."

Aangezien de maan het enige substantiële lichaam in het zonnestelsel is waar we naartoe zijn gereisd en stenen hebben opgehaald, de monsters zijn waardevol voor wetenschappers. Dr. Sneep heeft de verhoudingen van isotopen van lood en uranium bestudeerd in gesteenten die zijn teruggestuurd door de Apollo-missies en van maanmeteorieten. Deze verhouding fungeert als een diepe tijdklok die hij heeft gebruikt om te berekenen wanneer een rots is gevormd.

"De maan heeft een record en fungeert als een prachtig laboratorium voor het begrijpen van vroege planetaire processen. Dit zal van toepassing zijn op Mars, Mercurius of Venus, plaatsen die voor ons moeilijk toegankelijk zijn, en het kan ons zelfs vertellen over onze eigen planeet, "zei Dr. Sneep.

De aarde is niet zo nuttig omdat platentektoniek stenen begraven en recyclen.

"Dit is waarom we zoveel van de maan houden, "zei hij. "Het is een schatkamer, geologisch gesproken."

Zijn studies kunnen onthullen, bijvoorbeeld, hoe lang een planetair lichaam actief blijft bij vulkaanuitbarstingen als er geen platentektoniek is om ze aan te drijven. Dit kan belangrijk zijn als het gaat om het bestuderen van planeten rond andere sterren.

Magma oceaan

Dr. Sneep werkt momenteel aan een project genaamd MoonDiff, waarbij wordt geprobeerd gesteentecomposities te recreëren die bestonden in de maanmagma-oceaan. De mineralen zouden niet onmiddellijk zijn uitgekristalliseerd, maar zouden dit hebben gedaan in een volgorde die Dr. Sneep nu probeert te reconstrueren.

Hij verplettert en verwarmt de opnieuw gecreëerde rotsen onder omstandigheden die overeenkomen met die op de maan toen het oppervlak een gesmolten rotsmassa was. "Deze week voer ik experimenten uit met één gigapascal (een miljard pascal, een eenheid van druk) en 1, 200°C, " hij zei.

Het kennen van de volgorde waarin mineralen zich afscheidden van de magma-oceaan zou de geschiedenis en de huidige geologie van de maan helpen verklaren.

"De oudste rotsen op de maan (de zichtbare lichtere delen) zijn voornamelijk gevormd uit een mineraal dat veldspaat wordt genoemd, die naar de top van de vloeibare magma-oceaan zou zijn gedreven, "zei Dr. Sneep.

"Anderzijds, dat Apollo 12-basaltmonster en andere soortgelijke rotsen (die de donkergrijze delen vormen) voornamelijk zijn gevormd uit mineralen die dichter zouden zijn geweest en naar de bodem zouden zijn gezonken."

Dr. Maud Boyet, een geochemicus aan de Universiteit van Clermont Auvergne, Frankrijk, bestudeert de vroege gesmolten periode van de aarde en hoopt vast te stellen wanneer deze afkoelde en voor het eerst bewoonbaar werd. Om dit te doen, ze onderzoekt aard- en maangesteenten en meteorieten door onder meer nieuwe massaspectroscopietechnieken te gebruiken voor een project genaamd ISOREE.

Ze zegt dat maanstenen ons kunnen vertellen wanneer de enorme botsing plaatsvond, maar om dat te doen, moeten we nog steeds de vroege geschiedenis van de maan begrijpen. Stenen van de andere kant van de maan kunnen helpen.

Maanstenen die tijdens Apollo-missies zijn verzameld, komen van de kant van de maan die naar de aarde is gericht. De van ons afgekeerde zijde heeft een andere oppervlaktesamenstelling. Dit kan zijn omdat de maan een tweede smeltingsgebeurtenis onderging, misschien veroorzaakt door een tweede massale botsing.

"We hebben geen monsters (verzameld) van de andere kant van de maan, ' zei Boyet. 'Maar we hebben enkele meteorieten (die op aarde zijn geland) waarvan we denken dat ze daar vandaan komen.'