Mēness virsma izrādījās bagāta ar oglekli - salīdzinoši viegls elements, kas nevarētu izdzīvot Zemes pavadoņa materiālā, ja tas būtu izveidojies pēc sadursmes ar Teiju. Tas nozīmē, ka nekad nav noticis ne šī hipotētiskā planēta, ne pati Zemes mega ietekme. Savukārt Mēness cēlās pēc principiāli atšķirīga mehānisma, ko 2007. gadā atklāja fiziķis Nikolajs Gorkavs. Turklāt šādā scenārijā šis debess ķermenis ir vairāk piemērots zemnieku kolonizācijai. Izdomāsim, kāpēc.
Mēness dzimšanas noslēpums: kā nosēšanās uz satelīta radīja hipotēzi par mega triecienu
Saules sistēmas planētas tika veidotas salīdzinoši līdzīgi - no protoplanetārā diska, līdzīgu astronomiem šodien atrodot citās zvaigznēs. Veidojot planētu vienā vai otrā orbītā, tā tur darbojas kā putekļsūcējs: tas pievelk pie sevis visus planetesimālos (mazos protoplanetāros ķermeņus).
Agrāk vai vēlāk gandrīz visiem tiem jānokrīt uz planētas. Vienīgais izņēmums var būt mazi ķermeņi, kuru izmērs ir tuvu Deimos, bet Mēness ir tik liels, ka to nevar uzbūvēt no tik mazām "drupatām".
Rodas dabisks jautājums: kā parādījās mūsu pavadonis (tā kā vārds "mēness" ir sievišķīgs)? No iepriekš minētā ir skaidrs: tas varēja notikt tikai pēc Zemes veidošanās beigām un tikai dažu spēcīgu ārēju spēku dēļ - paši no sevis Zemes gabali neatdalīsies un nelidos debesīs (lai gan 19. gadsimtā pastāvēja šāda nedaudz naiva hipotēze).
Pietiek paskatīties uz Mēnesi caur labiem binokļiem, lai doma par šo noslēpumaino ārējo spēku avotu pati nāktu prātā. Satelītu klāj krāteru masa - krītošu asteroīdu pēdas.
Varbūt Zemes orbītā lidoja asteroīdu ķekars, kas pēc tam pakāpeniski sadūrās viens ar otru, to atlūzas radīja Saturna gredzenu līdzību, un pēc tam zaudēja ātrumu un vāju sadursmju dēļ izveidoja Mēnesi? Šo hipotēzi 1975. gadā izvirzīja padomju astronoms Jevgenija Ruskols, bet diemžēl neizturēja Mēness augsnes analīzes.
Fakts ir tāds, ka "Apollo" un padomju "Luna-24" paraugi parādīja, ka dažādu elementu izotopu attiecība Mēness un sauszemes augsnē ir gandrīz neatšķirama.
Tas nozīmē, ka Zemes pavadonis nekādā veidā nevarēja veidoties galvenokārt no asteroīdiem, kas ieradās no citām Saules sistēmas daļām. Galu galā dažādām protoplanetārā diska daļām ir atšķirīgas noteiktu elementu izotopu attiecības. To var viegli izsekot, analizējot Marsa augsni vai uz Zemes sastopamos meteorītus.
Turklāt attiecībā uz planētām smagie elementi viegli nokļūst kodolā, mantijā to ir maz. Mēness virsma parādīja smagu elementu - piemēram, dzelzs - "sauszemes" trūkumu. Bet asteroīdos smagie elementi nekur neiet - tie tam ir pārāk zemas masas.
Pats par sevi saprotams, ka Mēnesi vajadzēja veidot galvenokārt no zemes materiāla - bet kā?
Amerikāņu zinātnieki Viljams Hartmens un Donalds Deiviss tajā pašā 1975. gadā ierosināja ārkārtīgi intriģējošu mega-trieciena hipotēzi. Gar to Teja planēta sadūrās ar seno proto-Zemi apmēram pirms 4,5 miljardiem gadu. Trieciens iemeta daudzus mūsu planētas gružus Zemes orbītā, un trieciena notikums tos nopietni uzkarsēja, un to enerģijai, pēc aprēķiniem, vajadzēja būt vismaz triljoniem megatonu.
Šai hipotēzei bija divas svarīgas sekas. Pirmkārt, Zemei bija jāzaudē primārais okeāns - tā pēc trieciena burtiski vārījās. Otrkārt, Mēnesim, kura sastāvdaļas pēc megaimpakta tika iesildītas pat spēcīgākas par Zemes (līdz tūkstošiem grādu), vajadzēja zaudēt visu ūdeni kopumā. Un vienādi - visi gaismas elementi.
Zemes zinātnieki uzbrūk Tejai
Divdesmit piecus gadus šķita, ka līdz ar Mēness veidošanos viss ir skaidrs. Ne velti mēs izmantojām vārdu, kas šķita: tajā pašā Mēness augsnē, ko piegādāja Apollo un Luna-24, mēs atradām ūdeni, kas nav īpaši saderīgs ar Zemes pavadoņa komponentu uzsildīšanu no triljonu eksplozijas no megatonām.
Bet jautājums tika atrisināts vienkārši: ASV Mēness programma tika izstrādāta steigā, tāpēc konteineri augsnei no satelīta tur tika padarīti ne pārāk veiksmīgi: tie bija noplūduši (transportēšanas laikā no tiem izlija regolīts). Ūdens tajos tika attiecināts uz jau uz Zemes esošo paraugu piesārņojumu. Viņam tika ieskaitīti arī Apollo jonu detektoru dati, kas arī parādīja ūdeni Mēness augsnē.
Padomju paraugi bija normālos konteineros, tāpēc neko nevar pārmest. Bet kaut kas cits palīdzēja: Rietumos neviens nepamanīja atbilstošo padomju darbu.
Neskatoties uz to, radās problēmas - un tas bija tieši mega trieciena stiprumā, kas aprēķināts vismaz triljonos megatonu. Jau 21. gadsimtā virkne novērojumu no Mēness orbītas parādīja, ka satelīta apkārtpolārajos krāteros ir ļoti bieza ūdens ledus kārta. Saskaņā ar jaunākajām aplēsēm 2019. gadam to ir 100 miljardi tonnu.
Šeit jāpatur prātā, ka mēs runājam tikai par to, kas atrodas virspusē, krāteros. Ūdens ledu milzīgās lavas caurulēs (Mēness alas līdz kilometriem diametrā) nevar noteikt no orbītas, un tā daudzums var būt ievērojami lielāks.
Protams, ir grūti samierināties ar hipotēzi par "sausu sublimāciju" kā līdzekli, kā iegūt Mēness materiālu no Teijas izsistā sauszemes materiāla. Sildot, ūdens ātri un viegli iztvaiko, un tā molekulas tipiskais ātrums ir tik liels, ka gruveši to vienkārši nevar noturēt ar savu smagumu.
Iebildumi tika saņemti arī no Zemes pētniekiem. Mēness veidošanai nepieciešamā spēka trieciens bija nepārprotami paredzēts ne tikai okeānu iztvaikošanai, bet arī uz kādu laiku uz Zemes sakārtotām lavas jūrām: izkausēt planētas augšējos slāņus. Tomēr ģeologi nepārprotami apgalvo, ka uz mūsu planētas nav lavas jūru pēdas - ne tikai globāls lavas okeāns, bet pat vietējie.
Lai noslēgtu jautājumu par Mēness ūdeni, tika ierosināta ideja, ka to tur atvedušas komētas no Saules sistēmas ārējiem reģioniem. Tiesa, izrādās, ka komētām vajadzēja lidot uz Mēnesi ar konveijera lenti: saskaņā ar Krievijas zinātnieku aprēķiniem vismaz 95% materiāla, kad komēta ietriecas mūsu satelītā, ir jāizmet atpakaļ kosmosā.
Izrādās, ka komētas zemes satelītā ienesa vismaz triljonus tonnu ūdens - ļoti dīvains rezultāts, ņemot vērā, ka tuvumā esošās Zemes gravitācijai vajadzētu pārtvert lielāko daļu komētu, kas iet caur šo sistēmas reģionu.
Vai Teja bija tur?
2007. gadā parādījās pirmais alternatīvais mega-ietekmes hipotēzes problēmu skaidrojums. Nikolajs Gorkavijs publicēja rakstu "Mēness un bināro asteroīdu veidošanās", kur parādīja, ka ir iespējams pavisam cits mūsu satelīta dzimšanas mehānisms.
Viņš savu modeli nodēvēja par “multiimpact” un ierosināja, ka tas varētu būt tipisks mehānisms lielu satelītu veidošanai - ne tikai Zemes Mēness, bet arī Šarona pie Plutona un pat dubultie asteroīdi.
Multiimpact modeļa būtība ir pieņēmumā, ka Zemes pavadoni uzbūvēja nevis viena milzu sadursme, bet gan daudzas mazākas. Diezgan liels asteroīds, kas ietriecas Zemē, noteikti no tās izsit gružus.
Bet, tā kā sadursmes enerģija šajā gadījumā ir maza, tad uz Zemes lavas jūras šajā gadījumā neveidojas. Un izmestie gruži pilnībā neizkūst: to centrālās daļas var pat nesasniegt ūdens viršanas temperatūru.
Pēc nokļūšanas gandrīz zemes orbītā šādiem gružiem bija divas iespējas to tālākajam liktenim. Fakts ir tāds, ka agrīnā mūsu planētas vēstures posmā zemas masas protosatelīta diskam vajadzēja griezties ap to un tajā pašā virzienā kā mūsu planēta.
Pēc tam, kad uz Zemes nokrita liels asteroīds, ar šo disku "saskaitījās" tie zemes gruveši, kas tika izmesti planētas rotācijas virzienā. Bet tie gruveši, kas izlidoja no atmosfēras "pret graudiem", zaudēja enerģiju no sadursmes ar protosatelītu disku. Objekts orbītā, kas zaudē enerģiju, neizbēgami nokrīt - tas ir, šādi gruži atgriezās uz mūsu planētas.
Un "defektori" ar laiku varētu nopietni palielināt protosatelītu diska masu - līdz 1% no visas Zemes masas vai pat augstāk.
Stop-stop, lasītājs teiks. Bet kā ar banālo loģiku? Ja mēs uzņemsim kosmosā no elektromagnētiskā paātrinātāja, ķermenis vai nu lidos prom no Zemes tuvuma, vai galu galā nokritīs uz tās virsmas.
Pieņemsim, ka tieši tā notiks ar visiem Zemes mākslīgajiem pavadoņiem: laika gaitā tie palēnināsies uz Zemes tuvumā esošās telpas putekļiem un tomēr nokritīs uz planētas. Kā pēkšņi notiek tas, ka atlūzas, kas radušās Zemes sadursmes rezultātā ar senajiem asteroīdiem, 4,5 miljardus gadu "lidinājās" debesīs, veidojoties Mēnesī?
Šeit slēpjas vairāku triecienu modeļa galvenais nopelns. Patiešām, Zemes gabals nevar palikt orbītā miljardiem gadu. Bet, kad Gorkavijs aprēķināja šo gružu mijiedarbību ar seno protosatelītu disku, izrādījās, ka situācija radikāli mainās.
Lai gan senais disks bija mazas masas, tam bija stabilas ķermeņa orbītas. Kad gruveši, ko no Zemes izsita nākamais asteroīds un lidoja "gar vilnu", aizķēra kādu no protosatelīta diska ķermeņiem, tie ar to sadūrās un atdeva tai daļu savas enerģijas.
Tā rezultātā veidojošais Mēness no proto-satelīta diska nevarēja nokrist uz Zemes: to pastāvīgi nedaudz “uzmeta” jaunu gružu ietekme. Tā rezultātā daļa no "stumšanas" zemes gružiem nokrita uz planētas, bet daļa uz proto-Mēness, pievienojot tai masu. Laika gaitā šajā scenārijā Mēnesim vajadzētu sākt attālināties no planētas, kā mēs to novērojam praksē.
Kopējais asteroīdu skaits, kas vajadzīgs, lai no Zemes izsistiem gružiem izveidotu Mēness lieluma ķermeni, šķiet, ir diezgan liels - to varētu būt miljoniem. Un mēs runājam par ķermeņiem, kuru diametrs ir no 10 līdz 1000 kilometriem.
Tagad šāds šo ķermeņu daudzums neizlido caur sistēmu, bet no lielā skaita seno krāteru Mēness tālākajā malā ir redzams, ka tie bija pirms trim četriem miljardiem gadu. Secinājums: formāli viss saplūst.
Gorkavja hipotēzei bija arī trūkumi: ASV tā nav īpaši populāra, jo, tāpat kā citur, nacionālās zinātniskās skolas vairāk tiecas uz “pašmāju” zinātniskām teorijām, nevis idejām no ārvalstīm.
Turklāt autors tika publicēts krievu valodā izdotā zinātniskā žurnālā, kas vēl vairāk sarežģīja citu krievvalodīgo iepazīšanos ar viņa koncepciju. Tāpēc amerikāņu pētnieki joprojām ievēro mega trieciena teoriju, lai gan atzīst, ka Mēness ūdens izcelsme tajā ir nedaudz noslēpumaina.
Japāņu novērojumi: punkts mēness debatēs?
Jaunā darba autori Science Advances pētīja Japānas mākslīgā Mēness pavadoņa "Kaguya" spektrometru datus, kas darbojās tālajā 2007.-2009. Viņi pievērsās viņa novērojumu pusei, kas iepriekš nebija ievesta zinātniskajā apritē, proti, viņš pierakstīja oglekļa jonus. Izrādījās, ka vidēji no viena Mēness virsmas kvadrātcentimetra izlido 50 tūkstoši šādu jonu sekundē.
Tas ir diezgan daudz: saskaņā ar aprēķiniem Mēnesi var piegādāt vairāk nekā saules vēja plūsma un mikrometeoroīdu plūsma. Turklāt virs Mēness jūras bazalta apgabaliem oglekļa jonu plūsma ir lielāka nekā pār regolītu - un galu galā no Mēness apvalka izlietais bazalts, tas ir, tas nevar būt bagāts ar elementu, kas nebija sākotnēji uz Mēness.
Tas viss nozīmē, ka ogleklim un citiem gaismas elementiem neizbēgami vajadzēja atrasties uz Mēness jau no paša sākuma, un tos nekādā veidā nevar attiecināt uz “ieeju” ar komētām un citiem ķermeņiem no Saules sistēmas ārējiem reģioniem.
Teorētiski tas noslēdz jautājumu. Lielais oglekļa daudzums uz Mēness skaidri norāda, ka tas nevarēja būt "sauss" un bez gaismas elementiem, kā teikts mega trieciena hipotēzē. Šie dati ir noderīgi arī no praktiskā viedokļa: visticamāk, lavas mēģenēs atradīsies ne tikai ūdens, bet arī sausais ledus (cietais CO2).
Savādi, ka vairākos gadījumos tas ir vērtīgs resurss, no kura var iegūt metānu - daudzsološu raķešu degvielu, kuras pirmais raķešu dzinējs 2019. gadā jau tika pārbaudīts lidojumā SpaceX eksperimentālajā stendā.
Līdz šim bija zināms, ka uz Mēness eksistē tikai ūdens ledus. Teorētiski to var arī sadalīt skābeklī un ūdeņradī, un pēdējais ir laba degviela. Diemžēl praksē tā pielietošana ārpus Zemes ir problemātiska: ūdeņraža molekulas ir tik mazas, ka pat labākās tvertnes vakuumā dažu uzglabāšanas mēnešu laikā sāk to zaudēt lielos daudzumos.
Sašķidrināto metānu ir daudz vieglāk uzglabāt tvertnēs: to tur var uzglabāt gadiem ilgi. Tāpēc, izmantojot Mēnesi kā "degvielas uzpildes paliktni" ceļā uz Marsu, potenciāli ir daudz interesantāk iegūt metānu no CO2 un ūdens sadalīšanās produktiem, nekā iegūt Mēness ūdeņradi no vietējā ūdens.
Tomēr, lai gan tas ir perspektīvas jautājums. Nav grūti paredzēt Kagujas novērojumu tūlītējos rezultātus: tagad megaietekmes teorijas piekritēji steigšus meklēs kādu skaidrojumu un mainīs savu hipotēzi, lai izskaidrotu, kā tieši sauszemes ieži izkusa, kad hipotētiskā Teja trāpīja, spēja noturēt gaismas elementus.
Zinātnieki ir izgudrojoši cilvēki, tāpēc mēs ticam: viņiem tas izdosies, mega trieciena parametri atkal tiks pārveidoti un kaut kā pielāgoti jaunatrastajiem faktiem. Tomēr stratēģiski runājot, viņu centieni glābt mega-trieciena teoriju ir nolemti.
Šāda notikuma kā divu planētu sadursmes varbūtība ir milzīgs skaits reižu mazāka nekā varbūtība, ka miljoniem asteroīdu nokritīs uz senās Zemes. Pirmo notikumu ir tik grūti saprast, ka neviens vēl nav sniedzis pat saprātīgus tā varbūtības aprēķinus. Asteroīdu bombardēšana - kā tas ir viegli redzams no tā paša Mēness un citu mūsu sistēmas satelītu reljefa - ir vairāk nekā parasti. Tas nozīmē, ka tas ir dabisks process, kas vairāk atbilst Occam skuveklim.
No tā izriet, ka uzvarēs Mēness vairāku triecienu veidošanās teorija, lai gan ir iespējams, ka tas notiks tikai pēc tam, kad pašreizējās paaudzes megaietekmes atbalstītāji aizies pensijā.