Trudno jest spojrzeć na pełnię księżyca, tak różną od innych obiektów na nocnym niebie, i nie zastanawiać się, jak się uformowała. Naukowcy zaproponowali kilka różnych mechanizmów wyjaśniających powstawanie księżyca - że pochodzi on z materiału odrzuconego z Ziemi z powodu siły odśrodkowej, że powstał już podczas przechwytywania przez grawitację Ziemi oraz że Ziemia i Księżyc uformowały się razem podczas narodziny Układu Słonecznego.
Jednak od lat 70. eksperci zaczęli podejrzewać bardziej dramatyczną historię stworzenia: księżyc powstał w wyniku masowej kolizji między protoplanetą wielkości Marsa a młodą Ziemią, około 4, 5 miliarda lat temu. W tej teorii, mniej więcej 30 milionów lat po tym, jak zaczął układać się Układ Słoneczny, mniejsza protoplaneta (często zwana Theia) uderzyłaby w Ziemię z prędkością prawie 10 000 mil na godzinę, powodując ogromną eksplozję. Wiele gęstszych pierwiastków Thei, takich jak żelazo, zapadłoby się w jądro Ziemi, podczas gdy lżejszy materiał płaszczowy zarówno z Ziemi, jak i Thei zostałby odparowany i wyrzucony na orbitę, szybko łącząc się w coś, co obecnie znamy jako księżyc, utrzymywany w miejscu przez grawitację Ziemi.
Znaleźliśmy już kilka pośrednich dowodów na ten pomysł: skały księżycowe zebrane przez Apollo wykazują stosunki izotopów tlenu podobne do tych na Ziemi, a ruch i obrót księżyca wskazuje, że ma on niezwykle mały żelazny rdzeń w porównaniu z innymi obiektami w Układzie Słonecznym. Obserwowaliśmy nawet pasy pyłu i gazu wokół odległych gwiazd, które prawdopodobnie powstały w podobnych zderzeniach między ciałami skalistymi.
Teraz naukowcy z Washington University w St. Louis i gdzie indziej, relacjonując dziś w Nature, odkryli zupełnie nowy rodzaj dowodu na tę teorię formowania księżyca. Naukowcy dokładnie zbadali 20 różnych próbek skał księżycowych zebranych z odległych miejsc na Księżycu podczas misji Apollo i odkryli pierwsze bezpośrednie fizyczne dowody na rodzaj masywnego zjawiska parowania, które towarzyszyłoby hipotetycznemu uderzeniu.
Krzyżowo spolaryzowane światło księżyca, na którym naukowcy znaleźli nadmiar cięższych izotopów cynku. (Zdjęcie J. Day) Badając skały księżycowe, geochemicy odkryli molekularną sygnaturę parowania w rodzaju izotopów cynku osadzonych w próbkach. W szczególności wykryli niewielką nieregularność w ilości cięższych izotopów cynku w porównaniu do lżejszych.
Mówią, że jedynym realistycznym wyjaśnieniem tego rodzaju dystrybucji jest zdarzenie waporyzacji. Gdyby Theia zderzyła się z Ziemią miliardy lat temu, izotopy cynku w powstałej chmurze parowania skondensowałyby się w szybko formującym się księżycu w bardzo szczególny sposób.
„Kiedy skała jest topiona, a następnie odparowywana, lekkie izotopy wchodzą w fazę pary szybciej niż ciężkie izotopy”, mówi geochemia z Washington University Frédéric Moynier, główny autor artykułu. „W efekcie powstaje para wzbogacona w lekkie izotopy i stała pozostałość wzbogacona w cięższe izotopy. Jeśli stracisz parę, pozostałość zostanie wzbogacona w ciężkie izotopy w porównaniu z materiałem wyjściowym. ”
Innymi słowy, para, która uciekłaby w kosmos, byłaby nieproporcjonalnie bogata w lekkie izotopy cynku, a pozostawiona skała miałaby nadmiar ciężkich. Właśnie to zespół znalazł w skałach księżycowych, które zbadali. Aby wzmocnić badanie, przyjrzeli się również skałom z Marsa i Ziemi, porównując rozkład izotopów w każdej próbce - a nadmiar ciężkich izotopów w skałach księżycowych był dziesięć razy większy niż w pozostałych.
Oczywiście badanie nie jest ostatecznym dowodem na to, że księżyc powstał z kolizji, ale w przeciwieństwie do poprzednich dowodów poszlakowych, trudno jest wymyślić alternatywną teorię, która wyjaśniłaby podpis znaleziony w skałach. Nie możemy cofnąć się o 4, 5 miliarda lat, aby się upewnić, ale jesteśmy bliżej niż kiedykolwiek, aby wiedzieć, jak nasza planeta skończyła się z księżycem.
