Potwierdzono, że Księżyc powstał z wielkiego zderzenia

Zgodnie z teorią wielkiego zderzenia nasz naturalny satelita powstał w wyniku kolizji między młodą Ziemią a planetą o nazwie Theia. Zderzenie było tak potężne, że trudno je sobie nawet wyobrazić. O jego sile pewne pojęcie może dać porównanie Thei z asteroidą, która doprowadziła do zagłady dinozaurów. Wspomniana asteroida mogła być wielkości Manhattanu, podczas gdy Theia przypominała Marsa.

Zderzenie z Ziemią uwolniło takie mnóstwo energii, że Theia stopiła się i wyparowała, podobnie jak większa część płaszcza praziemi. Część skał, które wówczas wyparowały, z czasem opadła na powierzchnię naszej planety i się zestaliła; część skondensowała się, tworząc Księżyc. Powstanie układu Ziemia-Księżyc w efekcie potężnej kolizji potwierdziły wyniki symulacji komputerowych. Teorię tę przyjmuje duża część naukowców, gdyż dobrze wyjaśnia ona dynamikę orbit obu ciał niebieskich i najważniejsze cechy występujących na Księżycu minerałów.

Księżycowe skały pod względem chemicznym z reguły podobne są do swoich ziemskich odpowiedników. Różnią się od nich jednak zawartością pierwiastków łatwo topniejących i parujących (mówi się o nich "pierwiastki umiarkowanie lotne"); mało w nich sodu, potasu, cynku i ołowiu - zauważa jeden z autorów publikacji w "Nature", Frederic Moynier z Washington University w St. Louis.

Takie niedobory łatwo wytłumaczyć, przyjmując wspomnianą teorię potężnego zderzenia u zarania Księżyca. Jeśli względny niedobór pewnych pierwiastków wynika z tego, że wyparowały podczas potężnego zderzenia, cała historia powinna znaleźć odzwierciedlenie również w proporcji izotopów - zastrzega Moynier.

Izotopy są odmianami pierwiastków, które różnią się liczbą neutronów i protonów w jądrze. W praktyce izotopy jednego pierwiastka różnią się właściwościami fizycznymi, np. gęstością, temperaturą wrzenia i topnienia. Kiedy więc skała topi się i paruje, "lżejsze izotopy przyjmują postać pary szybciej, niż ich cięższe odpowiedniki. W efekcie para jest bogatsza w izotopy lżejsze, a to, co pozostało z ciała stałego, obfituje w izotopy cięższe" - tłumaczy Moynier.

Eksperci badający proporcje izotopów w skałach z Księżyca jeszcze do niedawna nie byli w stanie potwierdzić, że Księżyc powstał w efekcie zderzenia, przez które część skał wyparowała. Badania pod tym kątem prowadzono od czasów misji Apollo, która już w latach 70 dostarczyła na Ziemię pierwsze księżycowe skały. Nowych dowodów dostarczył teraz Moynier i jego zespół - Randal Paniello i James Day ze Scripps Institution of Oceanography.

Badacze ci upewnili się m.in., że do zmian proporcji izotopów doszło na całym Księżycu, a nie tylko lokalnie (np. w procesach związanych z aktywnością wulkaniczną). W tym celu wykonali analizy aż 20 próbek skał przywiezionych z czterech misji Apollo (lądujących w innych miejscach Księżyca) i jednego księżycowego meteorytu. Dla porównania analizowali też 10 meteorytów marsjańskich (m.in. znalezionych na Antarktyce, a pochodzących ze zbiorów Field Museum, the Smithsonian Institution i z Watykanu).

W porównaniu ze skałami z Ziemi czy Marsa, skały z Księżyca miały zmniejszoną zawartość cynku - stwierdził Moynier. Jednocześnie były stosunkowo bogate w jego ciężkie izotopy. Zdaniem badacza różnice te najprościej jest wyjaśnić przyjmując, że warunki panujące w trakcie kształtowania się Księżyca (albo wkrótce potem) sprzyjały parowaniu pewnych pierwiastków oraz rozkładowi izotopów innemu, niż na Marsie czy Ziemi.

Jednocześnie jednolity rozkład izotopów cynku na całej powierzchni Księżyca nasuwa myśl, że charakterystyczna proporcja tych izotopów jest efektem procesu zachodzącego tam powszechnie, a nie lokalnie. Wszystko to - zdaniem naukowców - potwierdza, że w czasie, kiedy powstawał Księżyc, najprawdopodobniej nastąpiło potężne zderzenie, przez które stopniały skały.

Wnioski te są też istotne dla naszej wiedzy nt. początków Ziemi, "ponieważ powstawanie Księżyca było ważnym wydarzeniem w początkach naszej planety" - zauważa Moynier. Bez stabilizującego oddziaływania Księżyca Ziemia prawdopodobnie byłaby całkiem inna, niż jest. Eksperci w dziedzinie nauk o planetach sądzą, że obracałaby się szybciej, a więc panowałyby tu krótsze dni. Pogoda byłaby mniej przewidywalna, a klimat o wiele bardziej chaotyczny i bogatszy w ekstrema. Żylibyśmy w znacznie bardziej surowym świecie - o ile w ogóle udałoby się nam ewoluować.