De consistente verschijning van de maan aan de hemel elke nacht kan aardbewoners in slaap wiegen in een gevoel van vertrouwdheid, maar de maan is eigenlijk een raadselachtige plaats. Het mist een atmosfeer en is kurkdroog; het kan nauwelijks aanspraak maken op een centrale ijzeren kern; en het heeft een lichtgewicht korst die chemisch vergelijkbaar is met de aarde.

De beste uitleg, tot dusver, voor het bestaan ​​van zo'n wereld werd voorgesteld door twee alumni van de Universiteit van Arizona, William Hartmann en Donald Davis, 45 jaar geleden. Het idee is geïnspireerd op het werk van Hartmann als afstudeerder bij Gerard Kuiper, die wordt beschouwd als de vader van de moderne planetaire wetenschap en de oprichter was van het Lunar and Planetary Laboratory van de UA.

Tijdens het maken van de Rectified Lunar Atlas - een van de eerste kaarten van de maan - tijdens het hoogtepunt van de ruimtewedloop, Hartmann identificeerde een gigantische ringvormige inslagkrater aan de zijkant van de maan. Het identificeren van deze functie, later Mare Orientale genoemd, inspireerde hem tot nadenken over de gevolgen van de grootste botsingen in het zonnestelsel.

1974, Hartmann en Davis stelden voor wat bekend werd als de Giant Impact Theory. Ze theoretiseerden dat de maan werd gevormd toen een planeet ter grootte van Mars, genaamd Theia - de Titan-moeder van de maan in de Griekse mythologie - Gaia trof, de vroege aarde, meer dan 4,5 miljard jaar geleden. De botsing, zij stelden voor, gooide de bovenste laag van de aarde de ruimte in, waar het puin opnieuw samenkwam om de maan te vormen.

De Giant Impact Theory heeft 45 jaar wetenschappelijk onderzoek doorstaan ​​en wordt tegenwoordig algemeen aanvaard als de oorsprong van de maan. Nog, terwijl planetaire wetenschappers gegevens over de maan blijven verzamelen en steeds krachtigere computersimulaties uitvoeren van planeetvormende botsingen, de details van de theorie zijn aan het ontrafelen, leidend tot een groot aantal gewijzigde scenario's.

Maanmodellen

De Giant Impact Theory lijkt de meest voor de hand liggende kenmerken van de maan vandaag te verklaren:geen atmosfeer, weinig water en geen ijzeren kern. Aanvullend, geretourneerde Apollo-monsters hebben aangetoond dat maanrotsen chemisch niet te onderscheiden zijn van aardrotsen.

Op het oppervlak, woordspeling bedoeld, dit bevestigt de theorie van 1974. Echter, computersimulaties tonen aan dat de standaard gigantische inslag een maan zou creëren die gemaakt is van de inslaande planeet Theia, niet de aarde, zei maanexpert Erik Asphaug, UA hoogleraar planetaire wetenschappen.

"Waarom zou de maan overeenkomen als hij van een heel andere planeet is gemaakt?" vroeg Asphaug.

De vraag heeft geleid tot veel nieuwe ideeën over het ontstaan ​​van de maan. Bijvoorbeeld, nadat de maan gestold was, misschien werd later materiaal van de aarde uitgeworpen en bovenop gezet.

"Ironisch, dat zou betekenen dat alle stenen die de Apollo-astronauten hebben opgepikt aardse stenen zijn, ' zei Asphaug.

Maar de maan is gebombardeerd door grote inslagen die diep uitgraven en die begraven Theia-rotsen erop zouden hebben gegooid.

Simulaties lijken ook aan te tonen dat hoe groter de gigantische impact, hoe meer de maan voornamelijk uit het botslichaam bestaat. Dus, een andere recente studie suggereert dat in plaats van één Theia, een opeenvolging van kleinere impactors vormde een reeks kleinere manen, elk meer aarde-achtig van samenstelling, die samensmolten tot de maan.

Helaas, dit zou betekenen dat alle botslichamen vanuit dezelfde richting moesten toeslaan, wat hoogst onwaarschijnlijk is, aangezien botslichamen de aarde vanuit alle hoeken raken, zei Asphaug.

Een andere mogelijke oplossing is de "Hit and Run" genoemd.

"Als je de aarde hard en snel genoeg raakt, Theia blijft niet hangen, ' zei Asphaug.

Als Theia doorging, het resultaat zou een maan kunnen zijn die grotendeels uit de aarde is gevormd. Of, als Theia een eigenzinnige, ijzige planeet was, zo'n hit en run zou Theia verdampen, het probleem van de aarde-rots oplossen en uitleggen waarom Theia er niet meer is.

"Maar deze zijn beide zeer ongewoon, specifieke gebeurtenissen, " zei Asphaug. "Je krijgt je wildcard één keer, en dat is het."

Asphaug en zijn UA-collega Alexandre Emsenhuber ontwikkelen hun eigen maan-oorsprongsmodel, waaruit blijkt dat de maan kan worden gecreëerd in een gemeenschappelijke tweetraps gigantische impact.

Ze stellen voor dat Theia de jonge aarde raakte en vertraagde als gevolg van een aanrijding. Theia bleef rond de zon draaien voordat hij opnieuw op de aarde botste - misschien een miljoen jaar later - en deze keer vormde de maan in een langzame samensmelting die behoorlijk leek op de standaardtheorie die oorspronkelijk door Hartmann en Davis was voorgesteld.

"Als je al een paar gigantische inslagen met de aarde hebt gehad, je composities worden om te beginnen gemixt, ' zei Asphaug.

Veel van deze ideeën gaan uit van een impactor met een andere samenstelling dan de aarde, Hartmann zei, maar wetenschappers weten nu dat bepaalde meteorieten - en hun ouderlichamen - samenstellingen hadden die vergelijkbaar waren met die van de aarde.

"Een gigantisch impactor gemaakt van dat materiaal zou veel van de problemen met de oorsprong van de maan oplossen, " hij zei.

Een diepere blik

Tijdens de ruimterace de Universiteit van Arizona bracht de maan in kaart, en de alumni en onderzoekers van de universiteit hebben de theorie van de oorsprong van de maan aangescherpt. Vandaag, UA-onderzoekers tasten diep in de maan om meer van haar geheimen te onthullen.

Om de interne structuur van de maan te begrijpen, universitair hoofddocent planetaire wetenschappen Jeff Andrews-Hanna heeft meerdere onderzoeken geleid met behulp van zwaartekrachtgegevens verzameld door NASA's Gravity Recovery and Interior Laboratory, of GRAAL, missie. GRAIL-gegevens beantwoordden enkele vragen, maar heeft ook nieuwe mysteries over de maan onthuld die toekomstige studies zullen moeten aanpakken. Bijvoorbeeld, GRAIL-gegevens hebben aangetoond dat de maan scheef staat.

Asphaug heeft voorgesteld dat een langzame samensmelting van twee manen, die hij een "gigantische splat, " kan verantwoordelijk zijn voor de scheefheid. De bergachtige achterkant, hij zei, kan een tweede maan zijn die langzaam in botsing kwam met de eerste en een koude vormde, dikke laag.

"De meeste van deze ideeën zullen worden ondersteund of vernietigd in het komende tweede tijdperk van maanverkenning, ' zei Asphaug.

De GRAIL-missie heeft ook onthuld dat de dichtstbijzijnde kant van de maan wordt doorkruist door verborgen tektonische structuren onder de donkere vulkanische vlaktes. Er zijn ook inslagbekkens en andere geologische kenmerken die onzichtbaar zijn voor het blote oog, maar werpen licht op het vulkanische verleden van de maan.

Andrews-Hanna is enthousiast over de gegevens die op de maan zijn verzameld sinds de Giant Impact Theory werd voorgesteld, inclusief topografie, zwaartekracht, zichtbare beelden, spectrale gegevens, monsters, seismische gegevens, thermische gegevens en elektromagnetische gegevens.

"De maan is uniek in het hebben van al deze datasets, waarvan vele dateren uit Apollo en vele het resultaat zijn van onze voortdurende verkenning, " zei hij. "Een frustrerend ding over de Apollo-missies is dat ze allemaal waren geclusterd in een klein gebied van de nabije kant van de maan. Ik vraag me af of Apollo representatief is voor de maan als geheel of alleen voor de nabije zijde?"

Hij hoopt dat toekomstige missies naar de andere kant van de maan kunnen helpen bij het beantwoorden van slepende vragen.

"We weten zoveel over de maan, maar toch zo weinig voor een lichaam zo dichtbij. Er zijn enorme fundamentele vragen te beantwoorden, " zei Andrews-Hanna. "Dit is een opwindende tijd voor de maanwetenschap. Zodra we iets over de maan leren, dan kunnen we ons begrip uitbreiden naar andere lichamen in ons zonnestelsel."