Ayın Kökeni -Origin of the Moon

Ay'ın ağır kraterli uzak yüzü

Ay'ın kökeni genellikle Mars büyüklüğünde bir cismin Dünya'ya çarpmasıyla açıklanır ve sonunda tek bir doğal uydu olan Ay'da toplanan bir enkaz halkası oluşturur , ancak bu dev çarpma hipotezinin de bir dizi varyasyonu vardır. alternatif açıklamalar olarak ve Ay'ın nasıl oluştuğuna dair araştırmalar devam ediyor. Önerilen diğer senaryolar arasında yakalanan cisim, fisyon, birlikte oluşan (yoğunlaşma teorisi, sinesti ), gezegenimsi çarpışmalar (asteroid benzeri cisimlerden oluşan) ve çarpışma teorileri yer alır.

Standart dev çarpma hipotezi, Theia adı verilen Mars büyüklüğündeki bir cismin proto-Dünya'yı etkileyerek Dünya'nın etrafında büyük bir enkaz halkası oluşturduğunu ve bunun daha sonra Ay'ı oluşturmak için birleştiğini öne sürüyor. Bu çarpışma aynı zamanda Dünya'nın ekseninin 23,5° eğik olmasına ve dolayısıyla mevsimlerin oluşmasına neden olmuştur . Ay'ın oksijen izotopik oranları, esasen Dünya'nınkiyle aynı görünüyor. Çok hassas bir şekilde ölçülebilen oksijen izotopik oranları, her Güneş Sistemi gövdesi için benzersiz ve belirgin bir imza sağlar. Theia ayrı bir öngezegen olsaydı, fırlatılan karışık malzeme gibi muhtemelen proto-Dünya'dan farklı bir oksijen izotop imzasına sahip olurdu. Ayrıca, Ay'ın titanyum izotop oranı ( 50 Ti / 47 Ti ) Dünya'nınkine o kadar yakın görünüyor ki (milyonda 4 parça içinde), çarpışan cismin kütlesinin çok azı muhtemelen Ay'ın parçası olabilirdi.

oluşum

Ana madde: Dev etki hipotezi

"Uzun süredir devam eden çarpışma teorisinin zorluklarından biri, bileşimi muhtemelen Dünya'nınkinden önemli ölçüde farklı olacak olan Mars büyüklüğünde bir çarpan cismin, muhtemelen Dünya'yı ve ayı farklı kimyasal bileşimlerle bırakmış olması. Olumsuz."

—NASA

Daha çok " Big Muley " olarak bilinen Ay örneği 61016

Bazı teoriler, 4.425 milyar yıl önce, Güneş Sisteminin oluşumunun başlarında, proto-Dünya'nın büyük uydularının olmadığını, Dünya'nın temelde kaya ve lav olduğunu varsaydığını belirtti. Mars büyüklüğünde erken bir protogezegen olan Theia, Dünya'ya önemli miktarda malzeme fırlatacak şekilde Dünya'ya çarptı. Bu püskürmelerin bir kısmı uzaya kaçtı , ancak geri kalanı Dünya'nın yörüngesinde dönen tek bir küresel cisim halinde birleşerek Ay'ı yarattı.

Hipotez, mevcut Dünya'nın çapının yaklaşık% 90'ı kadar bir proto-Dünya ile Mars çapında (dünya çapının yarısı ve kütlesinin onda biri) başka bir cisim arasında bir çarpışmayı gerektirir. İkincisi bazen Yunan mitolojisinde Ay tanrıçası Selene'nin annesinin adı olan Theia olarak anılır . Ortaya çıkan sistemin mevcut yörünge konfigürasyonuna uyması için yeterli açısal momentuma sahip olması için bu boyut oranı gereklidir . Böyle bir etki, sonunda Ay'ı oluşturmak için birikmiş olacak kadar Dünya'nın yörüngesine yeterince malzeme koyacaktı.

Bilgisayar simülasyonları , çarpıştırıcının bir kısmının daha sonra kopan uzun bir malzeme kolu oluşturmasına neden olan bir bakış atmasına ihtiyaç olduğunu gösteriyor. Çarpışmayı takiben Dünya'nın asimetrik şekli daha sonra bu malzemenin ana kütle etrafında bir yörüngeye oturmasına neden olur. Bu çarpışmanın içerdiği enerji etkileyici: muhtemelen trilyonlarca ton malzeme buharlaşıp erimiş olacaktı. Dünyanın bazı bölgelerinde sıcaklık 10.000 °C'ye (18.000 °F) yükselirdi.

Ay'ın nispeten küçük demir çekirdeği (Güneş Sistemindeki diğer kayalık gezegenler ve aylarla karşılaştırıldığında), Theia'nın çekirdeğinin çoğunlukla Dünya'nınkiyle birleşmesi ile açıklanır. Ay örneklerinde uçucu madde bulunmaması da kısmen çarpışmanın enerjisiyle açıklanıyor. Malzemenin Dünya etrafındaki yörüngede yeniden toplanması sırasında açığa çıkan enerji, Ay'ın büyük bir bölümünü eriterek bir magma okyanusunun oluşmasına yol açacaktı .

Yeni oluşan Ay, bugün yaptığı mesafenin yaklaşık onda biri oranında yörüngede döndü ve her iki cismin dönüşlerinden Ay'ın yörünge hareketine açısal momentum aktaran gelgit sürtünmesi nedeniyle dışa doğru spirallendi. Yol boyunca, Ay'ın dönüşü gelgitsel olarak Dünya'ya kilitlendi , böylece Ay'ın bir tarafı sürekli olarak Dünya'ya bakıyor. Ayrıca Ay, izotopik bolluklar da dahil olmak üzere Dünya'nın bileşimini paylaşan, Dünya'nın önceden var olan herhangi bir küçük uydusuyla çarpışır ve onları dahil ederdi. Ay'ın jeolojisi o zamandan beri Dünya'dan daha bağımsız hale geldi.

Ay'daki çinko izotoplarının tükenmesi üzerine 2012 yılında yapılan bir araştırma, Dünya ve Ay'ın devasa çarpma kökeniyle tutarlı uçucu tükenmeye dair kanıtlar buldu. 2013 yılında, Ay magmasındaki suyun karbonlu kondritlerdekinden ayırt edilemez olduğunu ve izotopik bileşimde Dünya'nınkiyle neredeyse aynı olduğunu gösteren bir çalışma yayınlandı .

hipotezin türevleri

Dev etki hipotezi, Dünya-Ay sisteminin birçok yönünü açıklasa da, Ay'ın uçucu elementlerinin böylesine enerjik bir etkiden beklendiği kadar tükenmemesi gibi hala çözülmemiş birkaç sorun var.

Diğer bir konu ise Ay ve Dünya izotop karşılaştırmalarıdır. 2001 yılında , Ay kayalarının izotopik imzalarının şimdiye kadarki en kesin ölçümü yayınlandı. Şaşırtıcı bir şekilde, Apollo ay örnekleri, Dünya kayalarıyla aynı, ancak diğer Güneş Sistemi cisimlerinden farklı bir izotopik imza taşıyordu. Ay'ı oluşturmak için yörüngeye giren maddelerin çoğunun Theia'dan geldiği düşünüldüğünden, bu gözlem beklenmedikti. 2007'de Caltech'ten araştırmacılar, Theia'nın Dünya ile aynı izotop imzasına sahip olma olasılığının çok küçük olduğunu gösterdi (şans yüzde 1'den az). 2012'de yayınlanan Apollo ay numunelerindeki titanyum izotoplarının bir analizi, Ay'ın Dünya ile aynı bileşime sahip olduğunu ve Ay'ın Dünya'nın yörüngesinden uzakta oluşmasıyla çeliştiğini gösterdi.

İki gezegenin birleşmesi

Bu sorunları çözmeye yardımcı olmak için 2012'de yayınlanan yeni bir teori, her biri Mars'ın beş katı büyüklüğündeki iki cismin çarpıştığını, ardından yeniden çarpıştığını ve sonunda Dünya ve Ay'ı oluşturan büyük bir karışık enkaz diski oluşturduğunu öne sürüyor. Kâğıdın adı R. M. Canup tarafından yazılan "Dev Çarpma yoluyla Dünya benzeri bir bileşime sahip bir Ay Oluşturmak" idi.

Çarpışma sonrası bir uydu olarak Ay'ın hemen orijini

Dev bir çarpmanın neden olduğu ayın oluşumunun simülasyonu.

Ay'ın geleneksel olarak erken Dünya'ya dev bir çarpma sonucu fırlatılan enkazdan birleştiği düşünülmektedir. Bununla birlikte, bu tür modeller, sistemin açısal momentumu ile aynı zamanda Dünya ve Ay kayalarının benzer izotopik bileşimlerini açıklamakta zorlanır ve potansiyel etki senaryolarının ayrıntıları hararetle tartışılır. Simülasyonlar için yüksek bir çözünürlük eşiğinin üzerinde, 2022'de yayınlanan bir çalışma, devasa çarpmaların Ay'a benzer kütle ve demir içeriğine sahip bir uyduyu hemen Dünya'nın Roche sınırının çok dışında bir yörüngeye yerleştirebileceğini buluyor . Başlangıçta Roche limitinden geçen uydular bile, kısmen sıyrılıp daha sonra daha geniş, sabit yörüngelere döndürülerek güvenilir ve tahmin edilebilir bir şekilde hayatta kalabilir. Ayrıca, doğrudan oluşturulmuş bu uyduların dış katmanları, daha soğuk iç kısımlar üzerinde erimiş haldedir ve yaklaşık %60 proto-Dünya malzemesinden oluşur. Bu, Ay'ın Dünya benzeri izotopik bileşimi ile çarpma tertibatı için beklenen farklı imza arasındaki gerilimi azaltabilir. Anında oluşum, Ay'ın erken yörüngesi ve evrimi için, Ay'ın eğimini açıklamak için oldukça eğimli bir yörünge olasılığı da dahil olmak üzere yeni seçenekler açar ve Ay'ın kökeni için daha basit, tek aşamalı bir senaryo sunar.

Çoklu etkiler

2004 yılında, astrofizikçi Nikolai Gorkavyi yeni bir model önerdi (çoklu büyük asteroit çarpma modeli). Model, 2013'te bir grup Rus astronom tarafından ve daha sonra 2017'de İsrail'in Rehovot kentindeki Weizmann Bilim Enstitüsü'ndeki gezegen araştırmacıları tarafından desteklendi. Genel olarak, modelin ana fikri, Ay'ın milyonlarca yıl boyunca yeni doğan Dünya'yı defalarca döven büyük asteroitlerin (1-100 km) şiddetli yağmurunun bir sonucu olarak oluştuğunu öne sürüyor. Erken Güneş Sisteminde muhtemelen daha yaygın olan bir dizi daha küçük çarpma, daha sonra küçük bir aycığı oluşturan bir proto-uydu diski oluşturmak için yeterince Dünya kayasını ve kiri yörüngeye fırlatabilir. Tekrarlanan çarpmalar daha fazla enkaz topları oluşturduğundan, aycıklar zamanla birleşerek büyük bir uydu haline gelebilir.

Sinestia hipotezi

2018'de Harvard ve UC Davis'teki araştırmacılar, gezegen çarpışmasının olası bir sonucunun , ay yörüngesinin ötesine uzanan çift içbükey bir disk oluşturan buharlaşmış bir kaya ve metal kütlesi olan bir sinesti yaratması olduğunu gösteren bilgisayar modelleri geliştirdiler. Synestia, uyduyu birleştirmek ve etkilenen gezegeni yeniden biçimlendirmek için sonunda küçülecek ve soğuyacak.


Ay - Oceanus Procellarum ("Fırtınalar Okyanusu")
Antik rift vadileri – dikdörtgen yapı (görünür – topografya – GRAIL yerçekimi eğimleri ) (1 Ekim 2014).
Eski yarık vadileri – bağlam.
Eski yarık vadileri – yakın plan (sanatçının konsepti).

Diğer hipotezler

Yoğunluk
Vücut Yoğunluk
g/ cm3
Merkür 5.4
Venüs 5.2
Toprak 5.5
Ay 3.3

Esir almak

Bu hipotez, Ay'ın Dünya tarafından yakalandığını belirtir. Bu model 1980'lere kadar popülerdi ve lehine olan bazı noktalar Ay'ın boyutu, yörüngesi ve gelgit kilitlenmesidir.

Bir sorun, yakalama mekanizmasını anlamaktır. İki gezegensel cismin yakın bir karşılaşması tipik olarak ya çarpışmaya ya da değişen yörüngelere neden olur. Bu hipotezin işe yaraması için, ilkel Dünya'nın çevresinde, Ay kaçamadan hava freni yaparak hareketini yavaşlatan büyük bir atmosfer olabilirdi. Bu hipotez, Jüpiter ve Satürn'ün düzensiz uydu yörüngelerini de açıklayabilir . Bununla birlikte, bu hipotez , iki cismin temelde aynı oksijen izotop oranlarını yeterince açıklamaz .

Ölçeklendirmek için Dünya ve Ay, piksel başına 500 km

fisyon

Bu, eski, hızla dönen bir Dünya'nın kütlesinin bir parçasını dışarı attığına dair artık itibarını yitirmiş bir hipotezdir. Bu, 1879'da George Darwin (ünlü biyolog Charles Darwin'in oğlu) tarafından önerildi ve Apollo'ya kadar popülerliğini korudu. 1925'te Avusturyalı jeolog Otto Ampferer de kıtasal kaymanın nedeni olarak Ay'ın ortaya çıkmasını önerdi .

Pasifik Okyanusu'nun bu olayın yarasını temsil ettiği öne sürüldü. Bugün, bu okyanus havzasını oluşturan okyanus kabuğunun nispeten genç, yaklaşık 200 milyon yaşında veya daha küçük olduğu, oysa Ay'ın çok daha yaşlı olduğu biliniyor. Ay, okyanus kabuğundan değil, Prekambriyen'de proto-Dünya'nın içinden kaynaklanan manto malzemesinden oluşur.

Lunar Prospector tarafından haritalanan Ay'daki toryum konsantrasyonları

birikim

Yığışım hipotezi, Dünya ve Ay'ın , Güneş Sistemi'nin ilksel yığın diskinden , hatta bir karadelikten ikili bir sistem olarak birlikte oluştuğunu ileri sürer . Bu hipotezle ilgili sorun, Dünya-Ay sisteminin açısal momentumunu veya Ay'ın neden Dünya'ya kıyasla nispeten küçük bir demir çekirdeğe sahip olduğunu (Dünya için %50'ye kıyasla yarıçapının %25'i) açıklamamasıdır.

nükleer patlama

Hollandalı bilim adamları Rob de Meijer ve Wim van Westrenen, 2010 yılında Ay'ın, daha önce dönen proto-Dünya'nın merkezkaç kuvvetinin neden olduğu bir nükleer patlamadan oluşmuş olabileceğini öne sürdüler. Merkezkaç kuvveti, toryum ve uranyum gibi ağır elementleri ekvator düzleminde ve Dünya'nın dış çekirdeği ile mantosu arasındaki sınırda yoğunlaştıracaktı . Bu radyoaktif elementlerin konsantrasyonları yeterince yüksek olsaydı, bu, süper kritik hale gelen ve Ay'ı yörüngeye fırlatan bir nükleer patlamaya neden olan bir nükleer zincirleme reaksiyona yol açabilirdi. Bu doğal nükleer fisyon reaktörü , Dünya'da çok daha küçük ölçekte gözlemlendi.

Ek teoriler ve çalışmalar

Ayın Evrimi videosu NASA tarafından 2012 dolaylarında.

2011

2011 yılında, ikinci bir ayın 4,5 milyar yıl önce var olduğu ve daha sonra Ay'ın oluşumundaki birikim sürecinin bir parçası olarak Ay ile etkileştiği teorileştirildi.

2013

Yalnızca bir olasılık olarak sunulan bir hipotez, Dünya'nın Ay'ı Venüs'ten yakalamasıydı.

2017

Apollo 14 zirkon parçalarının uranyum kurşunla tarihlenmesi , Ay'ın yaşının yaklaşık 4,51 milyar yıl olduğunu gösteriyor.

2020

NASA'nın Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) uzay aracındaki Minyatür Radyo Frekansı (Mini-RF) cihazının araştırmacılarından oluşan bir ekip, Ay'ın yüzeyinin demir ve titanyum gibi metaller açısından bilim adamlarının düşündüğünden daha fazla zengin olabileceği sonucuna vardı.

Temmuz 2020'de bilim adamları, Ay'ın düşünülenden yaklaşık 85 milyon yıl önce 4,425 ± 0,025 bya oluşturduğunu ve önceden düşünülenden çok daha uzun süre (~ 200 milyon yıl) bir magma okyanusuna ev sahipliği yaptığını bildirdi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar