Nová analýza měsíčních hornin upřesňuje vznik zemského souputníka

Nové analýzy vzorků měsíční horniny dopravené na Zemi americkými astronauty vedly ke zpřesnění teorie vzniku souputníka Země – Měsíce. Byla k tomu využita nová měření izotopů rubidia v získaných vzorcích. Většina lidí pouze narazila na rubidium v podobě fialového zbarvení při ohňostrojích (tzv. zábavná pyrotechnika), avšak tento zajímavý kov pomohl astronomům z University of Chicago navrhnout novou teorii zformování Měsíce.

Profesor Nicolas Dauphas, který je průkopníkem vědeckých studií izotopů v horninách ze Země i Měsíce, prováděl v laboratoři nová měření rubidia v horninách z obou planetárních těles a vytvořil nový model vysvětlující jejich odlišnost. Průkopnická práce odhalila nový pohled na tuto záhadu týkající se vzniku Měsíce, která v uplynulé dekádě poznamenala oblast lunárních věd. Problém je znám jako „lunární izotopová krize“.

Tato krize vypukla, když nové metody testování odhalily, že Země a měsíční horniny mají překvapivě podobné hodnoty některých izotopů, avšak velmi odlišné hodnoty izotopů jiných. To bylo překvapující pro oba hlavní scénáře vzniku Měsíce: podle prvního velké těleso narazilo do Země a odneslo s sebou pořádný kus, z kterého se vytvořil budoucí Měsíc (v tomto případě by Měsíc měl mít rozhodně odlišný povrch, z největší části jako cizí těleso); druhá varianta je, že toto těleso „rozbilo“ Zemi a dvě vesmírná tělesa se nakonec vytvořila jako výsledek spojení úlomků (v tomto případě budou povrchy obou těles prakticky identické).

„Je zřejmé, že zde něco chybí,“ říká Nicole Nie, devatenáctiletá doktorka přírodních věd, hlavní autorka studie nedávno publikované v časopise Astrophysical Journal Letters. Někdejší postgraduální studentka je nyní zaměstnaná na Carnegie Institution for Science.

K prověření rozdílných teorií měl Nicolas Dauphas v laboratoři soubor měsíčních hornin zapůjčených z NASA reprezentujících vzorky ze všech misí Apollo. Nicole Nie přišla s precizním způsobem ke změření izotopů rubidia – což je prvek, který nebyl nikdy důkladně studován v měsíčních horninách, protože je příliš obtížné jej izolovat od draslíku, kterému je chemicky mimořádně podobný.

Rubidium je jedním z rodiny prvků, které shodně vykazují odlišné zastoupení izotopů v měsíčních a pozemských horninách. Když Nicole Nie zkoumala měsíční horniny, zjistila, že ve skutečnosti obsahují méně lehkých izotopů rubidia a naopak více těžkých izotopů, než je v pozemských horninách.

„Ve skutečnosti zde neexistovalo žádné vysvětlení, jak k tomuto rozdílu došlo,“ říká Nicolas Dauphas, profesor na Department of Geophysical Sciences. „Tudíž jsme se rozhodli to zjistit.“

Začali od představy, že Země i přilétající těleso se po vzájemné kolizi vypařily. V tomto scénáři látka, která se stala Zemí, se pomalu spojovala a kolem ní se vytvořil prstenec z drobných úlomků hmoty. Byl neustále příliš horký s teplotou kolem 3 300 °C, a tak prstenec měl pravděpodobně lehkou vnější vrstvu par obklopujících jádro z tekutého magmatu.

Postupem doby, jak se Nicole Nie a Nicolas Dauphas domnívají, se lehčí izotopy chemických prvků jako rubidium vypařovaly mnohem snadněji. Tyto zkondenzovaly na Zemi, zatímco zbývající těžší izotopy zůstaly ve vzdálenější části prstence a nakonec se staly součástí Měsíce.

To jim prozradilo mnohé o tom, jak by pravděpodobně měl mladý Měsíc a Země vypadat. Protože přesně věděli, že se vypařilo mnohem více lehčích izotopů, postupovali zpětně k vypátrání, jak nasycené vrstvy páry byly – více nasycené rovná se pomalejší vypařování. (Uvažovali o zkoušce usušit prádlo ve velmi dusném dnu v tropech v porovnání se suchým dnem na poušti.)

To je nápomocné, protože precizní charakteristiky této rané fáze byly obtížně zjistitelné. Výsledky rovněž pěkně souhlasí s předešlými měřeními jiných izotopů v měsíčních horninách, jako je například draslík, měď a zinek. „Náš nový scénář může kvantitativně vysvětlit u lunárních hornin nedostatek nejen rubidia, ale také většiny těkavých prvků,“ vysvětluje Nicole Nie.

„Tato studie je dlouho hledaným propojením vztahu mezi naměřenými izotopy a fyzikálními modely protoplanetárních těles,“ říká Nicolas Dauphas. „To bylo chybějící spojení a my doufáme, že pomůže upřesnit scénáře pro vznik Země a mladého Měsíce,“ dodává Nicolas Dauphas.

Zdroj: https://scitechdaily.com/new-theory-of-how-the-earth-and-moon-formed-based-on-reanalysis-of-nasa-moon-rocks/

autor: František Martinek