Izotopy

Geneza Księżyca i zagadka wolframu

Formowanie się Księżyca

Zgodnie z powszechnie akceptowaną hipotezą Wielkiego Zderzenia Księżyc uformował się około 4,5 miliarda lat temu, gdy ciało wielkości Marsa zwane Theia zderzyło się z Ziemią. Symulacje i analizy skał księżycowych sugerują, że Księżyc składa się głównie z materiału pochodzącego z płaszcza Thei, który ma podobny skład do płaszcza Ziemi.

Skład chemiczny Księżyca

Jednak planety zazwyczaj mają odrębne składy chemiczne. Gdyby Theia powstała daleko od Ziemi, jej skład powinien być inny, a skład Księżyca nie powinien przypominać składu płaszcza Ziemi.

Zagadka wolframu

Jednym z pierwiastków, który komplikuje historię powstania Księżyca, jest wolfram. Wolfram jest pierwiastkiem lubiącym żelazo, który ma tendencję do opadania w kierunku jąder planet. Dlatego Księżyc i Ziemia powinny mieć bardzo różne ilości wolframu, ponieważ bogaty w wolfram płaszcz Thei zostałby włączony do Księżyca podczas uderzenia.

Podobieństwa izotopowe

Dwa niezależne badania zbadały stosunek dwóch izotopów wolframu w skałach księżycowych i próbkach ziemskich. Odkryły one, że skały księżycowe mają nieco więcej wolframu-182 niż Ziemia, co jest intrygującym odkryciem, ponieważ wolfram-182 jest wytwarzany przez rozpad promieniotwórczy hafnu-182, który ma krótki okres półtrwania.

Hipoteza późnego forniru

Najprostszym rozwiązaniem zagadki wolframu jest hipoteza późnego forniru. Hipoteza ta sugeruje, że Ziemia i proto-Księżyc początkowo miały podobne stosunki izotopów wolframu. Jednak Ziemia, będąc większa i masywniejsza, nadal przyciągała planetoidy po uderzeniu, dodając nowy materiał do swojego płaszcza. Ten późny fornir miałby więcej wolframu-184 w stosunku do wolframu-182, podczas gdy Księżyc zachowałby stosunek z momentu uderzenia.

Dowody na późny fornir

Hipoteza późnego forniru jest poparta faktem, że Ziemia ma w swoim płaszczu więcej siderofilnych pierwiastków (pierwiastków lubiących żelazo) niż się spodziewano. Pierwiastki te powinny były opaść do jądra, ale musiały zostać sprowadzone na Ziemię po utworzeniu jądra przez uderzenia meteorytów.

Podobieństwo stosunków izotopów wolframu

Aby proto-Księżyc odpowiadał stosunkowi wolframu na Ziemi, Theia i Ziemia musiały zacząć z bardzo podobnymi zawartościami wolframu. Rozwiązanie tej łamigłówki będzie wymagało dalszych badań planetarnych, ale historia powstania Księżyca staje się coraz bardziej klarowna.

Rola planetoid w formowaniu się Księżyca

Symulacje wykazały, że jest bardziej prawdopodobne, że duże uderzenia wystąpią między ciałami, które powstały blisko siebie, a zatem mają podobne składy. Wspiera to ideę, że Theia powstała stosunkowo blisko Ziemi.

Planetoidy a późny fornir

Planetoidy kontynuowały bombardowanie młodego Układu Słonecznego również po powstaniu Księżyca. Ziemia pochłonęła więcej tego materiału późnego forniru niż Księżyc, co jeszcze bardziej przyczyniło się do różnic w ich składach.

Skąd wzięła się woda na Ziemi?

Mgławica słoneczna: nowe źródło wody na Ziemi

Przez dziesięciolecia naukowcy uważali, że woda na Ziemi pochodzi z wypełnionych lodem komet i asteroidów. Jednak nowe badania sugerują, że mgławica słoneczna, chmury gazu i pyłu, które powstały po narodzinach Słońca, mogły również odegrać rolę.

Skład chemiczny wody jest prosty: dwie części wodoru i jedna część tlenu. Wodór jest pierwiastkiem powszechnym we wszechświecie, więc każde jego źródło mogło przyczynić się do powstania wody na Ziemi.

Wodór z mgławicy słonecznej

Gaz wodorowy w mgławicy słonecznej został włączony do planet podczas ich formowania. Większość tego wodoru pozostaje uwięziona w jądrze Ziemi, ale część uciekła i przyczyniła się do powstania cząsteczek wody. Wodór ten ma niższy stosunek deuteru, ciężkiego izotopu wodoru, do zwykłego wodoru niż woda z asteroidów lub komet.

Asteroidy wypełnione wodą i interakcje z mgławicą słoneczną

We wczesnej historii Ziemi asteroidy wypełnione wodą zderzały się ze sobą, tworząc zalążki planetarne z zewnętrzną warstwą magmy. Gaz mgławicy słonecznej bogaty w wodór napotkał tę magmę, tworząc atmosferę i wysyłając rozpuszczony wodór do wnętrza zalążków.

Frakcjonowanie izotopowe i dystrybucja wody na Ziemi

Frakcjonowanie izotopowe spowodowało, że zwykły wodór przemieszczał się głębiej do jądra, podczas gdy izotopy deuteru pozostały w płaszczu. W miarę jak Ziemia łączyła się z innymi ciałami niebieskimi, zyskiwała wystarczająco dużo wody i masy, aby osiągnąć swój ostateczny rozmiar.

Znaczenie wodoru z mgławicy słonecznej

Uderzenia asteroidów wytworzyły większość wody na Ziemi, ale niewielka jej część w pobliżu jądra wydaje się pochodzić z mgławicy słonecznej. To odkrycie sugeruje, że nawet planety odległe od bogatych w wodę asteroidów mogą mieć wodę.

Implikacje dla zamieszkiwalności egzoplanet

Odkrycia zespołu mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć możliwość zamieszkania innych planet. Wskazują one, że planety mogą mieć „podstawowy” poziom wody niezależnie od ich odległości od źródeł wody. Wspiera to ideę szybkiego wzrostu planetarnego i potencjału życia w innych światach.

Dodatkowe informacje

Woda znaleziona głęboko we wnętrzu Ziemi ma inny stosunek ciężkich izotopów wodoru i zwykłego wodoru, co wskazuje na odrębne miejsce pochodzenia niż asteroidy i komety.

Gaz mgławicy słonecznej przyczynił się do powstania jednej na 100 cząsteczek wody na Ziemi.

Woda na Ziemi jest prawdopodobnie kombinacją źródeł, w tym asteroidów, komet i mgławicy słonecznej.

Obecność wodoru z mgławicy słonecznej w wodzie na Ziemi ma znaczenie dla zrozumienia możliwości zamieszkania innych planet.

Geneza Księżyca: Zagadka wolframu i hipoteza późnego forniru