Decennia lang hebben wetenschappers nagedacht over hoe de aarde zijn enige satelliet, de maan, heeft verworven. Terwijl sommigen hebben beweerd dat het is gevormd uit materiaal dat door de aarde verloren is gegaan door middel van middelpuntvliedende kracht, of dat het is gevangen door de zwaartekracht van de aarde, is de meest algemeen aanvaarde theorie dat de maan ongeveer 4,5 miljard jaar geleden is ontstaan toen een object van Mars-formaat (genaamd Theia) in botsing kwam met een proto-aarde (ook bekend als de Giant Impact Hypothesis).
Omdat de proto-aarde echter veel gigantische inslagen heeft meegemaakt, wordt verwacht dat er zich in de loop van de tijd verschillende manen in een baan omheen hebben gevormd. De vraag rijst dus: wat is er met deze manen gebeurd? Deze vraag aan de orde stellend, heeft een team van een internationaal team van wetenschappers een onderzoek uitgevoerd waarin zij suggereren dat deze "maantjes" uiteindelijk weer op aarde zouden kunnen zijn neergestort, waardoor er slechts één overblijft die we vandaag zien.
De studie, getiteld "Moonfalls: Collisions between the Earth and its pasted manoons", verscheen onlangs online en is geaccepteerd voor publicatie in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society. De studie werd geleid door Uri Malamud, een postdoctoraal onderzoeker van het Technion Israeli Institute of Technology, en bestond uit leden van de Universiteit van Tübingen, Duitsland en de Universiteit van Wenen.
Terwille van hun studie hebben Dr. Malamud en zijn collega's - Prof. Hagai B. Perets, Dr. Christoph Schafer en Mr. Christoph Burger (een promovendus) - overwogen wat er zou gebeuren als de aarde, in haar vroegste vorm, had ervaren meerdere gigantische inslagen die dateren van vóór de botsing met Theia. Elk van deze inslagen zou het potentieel hebben gehad om een sub-Lunaire massa "moonlet" te vormen die gravitationeel in wisselwerking zou staan met de proto-aarde, evenals met eventuele eerder gevormde moonlets.
Uiteindelijk zou dit hebben geleid tot fusies van moonlet-moonlet, de moonlets worden uit de baan van de aarde geworpen of de moonlets die naar de aarde vallen. Uiteindelijk hebben Dr. Malamud en zijn collega's ervoor gekozen om deze laatste mogelijkheid te onderzoeken, omdat deze nog niet eerder door wetenschappers is onderzocht. Bovendien kan deze mogelijkheid een drastische impact hebben op de geologische geschiedenis en evolutie van de aarde. Zoals Malamud via e-mail aan Space Magazine heeft aangegeven:
“In het huidige begrip van planeetvorming waren de late stadia van de groei van terrestrische planeten door vele gigantische botsingen tussen planetaire embryo's. Dergelijke botsingen vormen aanzienlijke puinschijven, die op hun beurt manen kunnen worden. Zoals we in dit en onze vorige artikelen hebben gesuggereerd en benadrukt, zal het bestaan van meerdere manen en hun onderlinge interacties, gezien de snelheid van dergelijke botsingen en de evolutie van de manen, tot maanvallen leiden. Het is een inherent, onontkoombaar onderdeel van de huidige theorie van planeetvorming. '
Omdat de aarde echter een geologisch actieve planeet is en omdat de dikke atmosfeer leidt tot natuurlijke verwering en erosie, verandert het oppervlak drastisch met de tijd. Als zodanig is het altijd moeilijk om de effecten te bepalen van gebeurtenissen die plaatsvonden tijdens de vroegste perioden van de aarde - d.w.z. de Hadean Eon, die 4,6 miljard jaar geleden begon met de vorming van de aarde en 4 miljard jaar geleden eindigde.
Om te testen of er tijdens deze Eon al dan niet meerdere inslagen hadden kunnen plaatsvinden, die resulteerden in moonlets die uiteindelijk op de aarde vielen, voerde het team een reeks hydrodynamische (SPH) simulaties uit. Ze hebben ook rekening gehouden met een reeks maanmassa's, botsingshoeken en aanvankelijke rotatiesnelheden van de aarde. Kortom, als maantjes in het verleden op aarde zouden vallen, zou dit de rotatiesnelheid van de proto-aarde hebben veranderd, resulterend in de huidige siderische rotatieperiode van 23 uur, 56 minuten en 4,1 seconden.
Uiteindelijk vonden ze aanwijzingen dat hoewel directe inslagen van grote objecten niet waarschijnlijk waren dat een aantal begrazende getijdenbotsingen had kunnen plaatsvinden. Deze zouden ertoe hebben geleid dat materiaal en puin in de atmosfeer werden geworpen die kleine maantjes zouden hebben gevormd die vervolgens met elkaar zouden hebben samengewerkt. Zoals Malamud uitlegde:
“Onze resultaten laten echter zien dat in het geval van een maanval de verdeling van het materiaal van de maanval niet eens op de aarde is, en daarom kunnen dergelijke botsingen leiden tot asymmetrie en inhomogeniteit in de compositie. Zoals we in de paper bespreken, zijn er feitelijk mogelijke bewijzen voor de laatste - maangevallen kunnen mogelijk de isotopische heterogeniteit in zeer siderofiele elementen in terrestrische rotsen verklaren. In principe kunnen botsingen met een maan ook een grootschalige structuur op aarde veroorzaken, en we speculeerden dat een dergelijk effect zou kunnen hebben bijgedragen aan de vorming van het eerste supercontinent van de aarde. Dit aspect is echter speculatiever en het is moeilijk direct te bevestigen, gezien de geologische evolutie van de aarde sinds die vroege tijden. '
Deze studie breidt de huidige en populaire Giant Impact Hypothesis effectief uit. In overeenstemming met deze theorie vormde de maan zich tijdens de eerste 10 tot 100 miljoen jaar van het zonnestelsel, toen de aardse planeten zich nog vormden. Tijdens de laatste stadia van deze periode wordt aangenomen dat deze planeten (Mercurius, Venus, Aarde en Mars) voornamelijk zijn gegroeid door inslagen met grote planetaire embryo's.
Sinds die tijd wordt aangenomen dat de maan is geëvolueerd vanwege de onderlinge getijden van de aarde en de maan, en naar buiten migreert naar de huidige locatie, waar hij sindsdien is geweest. Dit paradigma houdt echter geen rekening met de effecten die plaatsvonden vóór de komst van Theia en de vorming van de enige satelliet op aarde. Dientengevolge beweren Dr. Malamud en zijn collega's dat het los staat van het bredere beeld van de vorming van terrestrische planeten.
Door rekening te houden met potentiële botsingen die dateren van vóór de vorming van de maan, zouden wetenschappers een completer beeld kunnen hebben van hoe zowel de aarde als de maan in de loop van de tijd zijn geëvolueerd. Deze bevindingen kunnen ook implicaties hebben als het gaat om de studie van andere zonneplaneten en manen. Zoals Dr. Malamud aangaf, is er al overtuigend bewijs dat grootschalige botsingen de evolutie van planeten en manen hebben beïnvloed.
"Op andere planeten zien we bewijs voor zeer grote inslagen die topografische kenmerken op planeetschaal veroorzaakten, zoals de zogenaamde Mars-dichotomie en mogelijk de dichotomie van Charons oppervlak", zei hij. “Deze moesten voortkomen uit grootschalige inslagen, maar klein genoeg om sub-globale planeetkenmerken te maken. Moonfalls zijn natuurlijke voorlopers van dergelijke inslagen, maar sommige andere grote inslagen door asteroïden die soortgelijke effecten zouden kunnen veroorzaken, kunnen niet worden uitgesloten. ”
Het is ook mogelijk dat dergelijke botsingen in de verre toekomst plaatsvinden. Volgens de huidige schattingen van zijn migratie zal de maanmaan Phobos van Mars uiteindelijk in het oppervlak van de planeet crashen. Hoewel klein vergeleken met de effecten die de maan en de maan rond de aarde zouden hebben veroorzaakt, is deze uiteindelijke botsing een direct bewijs dat maanvallen in het verleden hebben plaatsgevonden en in de toekomst opnieuw zullen plaatsvinden.
Kortom, de geschiedenis van het vroege zonnestelsel was gewelddadig en catastrofaal, met veel creatie als gevolg van krachtige botsingen. Door een completer beeld te hebben van hoe deze impactgebeurtenissen de evolutie van de terrestrische planeten hebben beïnvloed, kunnen we nieuw inzicht krijgen in hoe levensdragende planeten zijn gevormd. Dit zou ons op zijn beurt kunnen helpen bij het opsporen van dergelijke planeten in extra-zonnestelsels.
