Sinds het einde van de 19e eeuw hebben wetenschappers moeite gehad om de oorsprong van de maan te verklaren. Hoewel wetenschappers al lang theoretiseren dat het en de aarde een gemeenschappelijke oorsprong hebben, is de vraag hoe en wanneer ongrijpbaar gebleken. De algemene consensus van vandaag is bijvoorbeeld dat een inslag met een Mars-formaat object (Theia) kort na de vorming van de planeten (ook bekend als de Giant Impact Hypothesis) tot de vorming van het Aarde-Maansysteem heeft geleid.
Simulaties van deze inslag hebben echter aangetoond dat de maan voornamelijk uit materiaal van het inslagobject zou zijn gevormd. Dit wordt echter niet bevestigd door het bewijs, waaruit blijkt dat de maan is samengesteld uit hetzelfde materiaal als de aarde. Gelukkig heeft een nieuwe studie door een team van wetenschappers uit Japan en de VS een verklaring gegeven voor de discrepantie: de botsing vond plaats toen de aarde nog bestond uit heet magma.
De studie die hun bevindingen beschrijft, "Terrestrial magma ocean origin of the Moon", verscheen onlangs in het tijdschrift Nature Geoscience. De studie werd geleid door Natsuki Hosono van het RIKEN Center for Computational Science en omvatte onderzoekers van Yale University, het RIKEN Center for Computational Science en het Earth-Life Science Institute (ELSI) van het Tokyo Institute of Technology.
Afgezien van simulaties die het impactscenario modelleren, wordt de Giant Impact Hypothesis ook geplaagd door het feit dat bij een impact het meeste materiaal dat de Maan vormt silicaatmineralen zouden zijn. Dit zou ertoe leiden dat de satelliet van de aarde ijzerarm is, maar seismologische studies hebben aangetoond dat de maan waarschijnlijk een kern heeft zoals die van de aarde (samengesteld uit ijzer en nikkel) en dat convectie in de kern ook tegelijkertijd een magnetisch veld aandreef.
Nogmaals, de nieuwe studie biedt een scenario dat hiervoor een verklaring kan zijn. Volgens het model dat ze creëerden, toen de aarde en Theia ongeveer 50 miljoen jaar na de vorming van de zon (ongeveer 4,6 miljard jaar geleden) in botsing kwamen, was de aarde bedekt met een zee van hete magma, terwijl Theia waarschijnlijk uit vast materiaal bestond.
Dit model toonde aan dat het magma op aarde na de botsing veel meer zou zijn verwarmd dan vaste stoffen van het botsende object. Hierdoor zou het magma in volume uitzetten en in een baan om de maan ontsnappen. Dit nieuwste model, dat rekening houdt met de verschillende mate van verwarming tussen de proto-aarde en Theia, legt effectief uit hoe er veel meer aardmateriaal in de samenstelling van de maan zit.
Shun-ichiro Karato, hoogleraar geologie aan de Yale University en co-auteur van het papier, heeft in het verleden uitgebreid onderzoek gedaan naar de chemische eigenschappen van proto-aarde magma. Zoals hij uitlegde in een interview met Yale News:
“In ons model is ongeveer 80% van de maan gemaakt van proto-aardse materialen. In de meeste van de vorige modellen is ongeveer 80% van de maan gemaakt van het impactor. Dit is een groot verschil. '
Ten behoeve van de studie leidde Karato de onderzoeksinspanningen van het team naar de compressie van gesmolten silicaat. De taak om een computermodel te ontwikkelen om te voorspellen hoe materiaal van de botsing zou worden verspreid, werd uitgevoerd door een groep van ELSI van het Tokyo Institute of Technology en het RIKEN Center for Computational Science.
Alles bij elkaar genomen, toonde het nieuwe model aan dat oververhit magma verloren zou gaan in de ruimte en zou samensmelten om sneller een nieuw lichaam in de ruimte te vormen dan het materiaal dat door het botslichaam verloren is gegaan. Het toonde ook aan dat materiaal uit het binnenste van de aarde (dat rijk zou zijn aan ijzer en nikkel) ook in de vorming van de maan zou terechtkomen - die vervolgens naar het midden zou zinken om de kern van de maan te vormen.
In wezen bevestigt het nieuwe model eerdere theorieën over hoe de maan is gevormd door de noodzaak van onconventionele botsingsomstandigheden weg te nemen. Tot nu toe hebben wetenschappers dit gedaan om rekening te houden met de discrepantie tussen impactsimulaties en gegevens die zijn verkregen uit de studie van maanstenen en het maanoppervlak.
Deze studie zou ook kunnen leiden tot meer verfijnde theorieën over hoe het zonnestelsel is gevormd en wat er onmiddellijk daarna plaatsvond. Aangezien de impact tussen de proto-aarde en Theia mogelijk een rol heeft gespeeld bij de uiteindelijke opkomst van het leven op aarde, zou het wetenschappers ook kunnen helpen in te perken wat nodig is om een sterrenstelsel bewoonbare planeten te laten hebben.
