Volgens de meest algemeen aanvaarde theorie, vormde de maan ongeveer 4,5 miljard jaar geleden toen een Mars-formaat object genaamd Theia in botsing kwam met de aarde (ook bekend als de Giant Impact Hypothesis). Deze impact veroorzaakte aanzienlijke hoeveelheden puin die geleidelijk samensmolten tot de enige natuurlijke satelliet van de aarde. Een van de meest overtuigende bewijzen voor deze theorie is het feit dat de aarde en de maan qua samenstelling opmerkelijk veel op elkaar lijken.
Uit eerdere onderzoeken met computersimulaties is echter gebleken dat als de maan door een gigantische inslag was gemaakt, hij meer materiaal van het inslagmechanisme zelf had moeten behouden. Maar volgens een nieuwe studie, uitgevoerd door een team van de Universiteit van New Mexico, is het mogelijk dat de aarde en de maan niet zo veel op elkaar lijken als eerder werd gedacht.
De studie die hun bevindingen beschrijft, getiteld "Distinct oxygen isotope composition of the Earth and Moon", verscheen onlangs in het tijdschrift Nature Geoscience. De studie werd uitgevoerd door Erick J. Cano en Zachary D. Sharp van UNM's Department of Earth and Planetary Sciences, en Charles K. Shearer van UNM's Institute of Meteoritics.
De theorie dat de aarde en de maan ooit een enkel lichaam waren, bestaat sinds de 19e eeuw. Maar pas toen gesteentemonsters werden teruggebracht door de Apollo-astronauten, hadden wetenschappers definitief bewijs dat de aarde en de maan samen waren gevormd. Deze monsters toonden aan dat de maan, net als de aarde, was samengesteld uit silicaatmineralen en metalen die waren onderscheiden tussen een metalen kern en een silicaatmantel en korst.
Hoewel de maan minder ijzer bevat en minder lichtere elementen bevat, verklaart de Giant Impact Hypothesis dit vrij goed. IJzer, een bijzonder zwaar element, zou door de aarde zijn vastgehouden, terwijl de hitte en de explosieve kracht van de inslag ervoor zorgden dat de lichtere elementen kookten en in de ruimte werden uitgestoten. De rest van het materiaal van de aarde en Theia zou dan zijn afgekoeld en vervolgens gemengd om de aarde en de maan te vormen zoals we die nu kennen.
Deze theorie verklaart ook de snelheid en de aard waarmee de maan om de aarde draait; in het bijzonder hoe het netjes opgesloten zit in onze planeet. Eerdere studies met computersimulaties hebben echter aangetoond dat in dit scenario ongeveer 80% van de maan moet bestaan uit materiaal dat afkomstig is van Theia.
Dit vormt een ernstig dilemma voor astronomen en geologen, en verschillende theorieën zijn ontwikkeld om dit uit te leggen. In één scenario was Theia qua samenstelling vergelijkbaar met de aarde, wat zou verklaren waarom de aarde en de maan zo op elkaar lijken. In een ander geval was het mengen van materialen zeer grondig, tot het punt dat zowel de aarde als de maan elementen van Theia behouden.
Helaas zijn deze verklaringen niet in overeenstemming met wat we weten over het zonnestelsel of presenteren ze hun eigen theoretische problemen. Om hier licht op te werpen, beschouwden Cano en zijn collega's een belangrijke inconsistentie met de Giant Impact Hypothesis. Kortom, toen wetenschappers de Apollo-maansteenmonsters onderzochten, merkten ze op dat de zuurstofisotoopwaarden vrijwel identiek waren aan die in rotsen hier op aarde.
Als de Giant Impact Hypothesis correct is, hadden de voorlopers van de aarde en de maan ofwel identieke waarden om mee te beginnen, of vond er uitgebreide homogenisatie plaats na de impactgebeurtenis. Om dit aan te pakken, voerden Cano en zijn collega's een uiterst nauwkeurige zuurstofisotoopanalyse uit van een reeks verschillende maanstenen. Wat ze ontdekten was dat maangesteenten hogere concentraties lichtere zuurstofisotopen vertoonden dan de aarde.
Bovendien vergroten de verschillen de diepere sondes van de korst in de mantel. Ze schrijven dit toe aan het feit dat de korst de plek is waar puin van de aarde en Theia zich zouden hebben vermengd, terwijl het interieur de plek is waar materiaal van Theia meer geconcentreerd zou zijn. Zoals ze in hun studie samenvatten:
“Zuurstofisotoopwaarden van maanmonsters correleren met lithologie, en we stellen voor dat de verschillen verklaard kunnen worden door menging tussen isotopisch lichte damp, gegenereerd door de inslag, en het buitenste deel van de vroege maanmagma-oceaan. Onze gegevens suggereren dat monsters die zijn afgeleid van de diepe maanmantel, die isotoop zwaar zijn in vergelijking met de aarde, isotopische composities hebben die het meest representatief zijn voor de proto-maan impactor ‘Theia’. "
Samenvattend laten de onderzoeksresultaten van het team zien dat de aarde en Theia qua samenstelling niet vergelijkbaar waren, wat het eerste definitieve bewijs levert dat Theia waarschijnlijk verder van de zon is gevormd dan de aarde. Evenzo laat hun werk zien dat de afzonderlijke zuurstofisotopensamenstellingen van Theia en Aarde niet volledig werden gehomogeniseerd door de maanvormende impact.
Deze studie doet denken aan onderzoek dat onlangs is uitgevoerd door een team van Yale en het Tokyo Institute of Technology. Volgens hun werk was de aarde nog steeds een hete bol van magma toen de maanvormende inslag plaatsvond. Hierdoor zou materiaal van Theia verloren zijn gegaan in de ruimte, terwijl materiaal van de aarde snel samenvloeide om de maan te vormen.
Of materiaal van Theia verloren is gegaan in de ruimte of is vastgehouden als onderdeel van het binnenste van de Maan, is een vraag die wetenschappers beter zullen kunnen onderzoeken dankzij de vele monster-terugkeermissies die de komende jaren zullen plaatsvinden. Deze omvatten NASA sturen astronauten terug naar het maanoppervlak (Project Artemis) en meerdere rovers gestuurd door China (Chang'e 5 en Chang'e 6 missies).
Deze en andere mysteries over de enige satelliet op aarde hebben een goede kans om snel te worden beantwoord!
