Kako je nastao Mesec

Posle krace pauze nastavljam pricu o nastanku Suncevog sistema…

U veoma kratkom vremenskom intervalu Zemlja je sakupila većinu materijala koji danas poseduje. Materijal koji je rastuća Zemlja zahvatala svojim gravitacionim poljem padao je na njenu površinu, a pri tim udarima kinetička energija oslobađala se u obliku toplote. Ova energija zajedno sa energijom nastalom usled gravitacione kontrakcije i energijom koja je nastajala usled raspada radioaktivnih elemenata zagrevala je unutrašnjos Zemlje.

Za nekoliko desetina miliona godina Zemlja je bila u otopljenom stanju. Počelo je hemijsko razdvajanje materijala. Teži elementi, npr. gvožđe, razdvajali su se od lakših elemenata, kao što su vodonik i silicijum, i tonuli ka centru Zemlje. Silikati i oksidi su se peli ka površini i formirali su sloj koji okružuje gvožđem bogato jezgro. Najlakši elementi popeli su se do same površine i tu su očvrsli i formirali koru.

Pre između 4,5 do 4 milijarde godina cela Zemlja se hladila, bez obzira što je vulkanska aktivnost na njenoj površini bila veoma velika. Veruje se da je još u to vreme atmosfera, u čiji sastav nije sa sigurnošću poznat, bila formirana. Verovatno je ta atmosfera bila sastavljena od ugljendioksida, ugljenmonoksida, azota, vodene pare, a postoji mogućnost da su bili prisutni i vodoniksulfid kao i sam vodonik. Kako se Zemlja sve više i više hladila ovi gasovi su izlazili iz njene unutrašnjosti tokom snažnih vulkanskih aktivnosti, a dolazilo je i do kondenzovanja vode od koje su postepeno nastajali okeani. Šta se u tom periodu događalo sa Mesecom?

Uprkos svim informacijama koje su dobijene u “Apolo” programu, poreklo Meseca, kao i samog Sunčevog sistema, i dalje je neodgonetnuta misterija. Naravno, ne treba misliti da naporna šetnja kosmonauta po površini Meseca nije imala nikakvog efekta. Čak suprotno, informacije dobijene nakon spuštanja posada na površinu Meseca bile su od neprocenjive vrednosti. Kako stvari sada stoje, nijedna hipoteza o nastanku sistema Mesec – Zemlja nije bez nekih nedostataka.

Pre “Apolo” programa postojale su tri ideje koje su dominirale teorijom o poreklu Meseca. Prvo uverenje bila je takozvana teorija fisije. Prema ovom uverenju dok se Zemlja konstantno okretala oko svoje ona je poprimila zvonasti oblik jer je kora još bila u užarenom stanju. Manji deo Zemljine mase se otkinuo i nastavio samostalno da rotira oko Zemlje zarobljen njenim gravitacionim privlačenjem. Od njega je postao Mesec. Glavni nedostatak ove ideje je taj što Zemlja, po pretpostavci, nije imala dovoljno veliku ugaonu brzinu koja bi mogla da izazove ovakvo odvajanje dela njene mase. Druga primedba je vezana za sastav stena na Zemlji i Mesecu. U poređenju sa Zemljom stene na Mesecu imaju neznatno veću količinu elemenata koji teško isparavaju, a manju količinu elemenata koji lako isparavaju. Ovo navodi na činjenicu da je Mesec morao da nastane od materijala koji je imao veću temperaturu nego što je to bilo u slučaju Zemlje.

Druga hipoteza bila je takozvana teorija sažimanja ili koakreciona teorija. U kasnim 50-tim godinama, prvi put se javila ideja da je oko Zemlje nastao disk čvrstih čestica. Ovaj koncept i danas neki naučnici čvrsto brane. Najjedinstveniji aspekt ove teorije je da se ne oslanja na jedan upečatljiv prostorno-vremenski konstantno promenljiv događaj, događaj koji se ne viđa često ali je ključna tačka potrebna da bi teorija bila podržana. Većina drugih teorija zahteva da se dogodi nešto neobično (na primer, teorija fisije zahteva da Zemlje rotira veoma brzo, što je isuviše brzo za moment impulsa kakav je danas, capture teorija zahteva da je Mesec nastao negde daleko u svemiru, a zatim se približio dovoljno blizu da je Zemlja mogla da ga zarobi). Mogućnost prstena od čvrstog materijala koji se kreće oko Sunca paraboličkom orbitom je nešto što je verovatnije. To je lagani porast malih planetezimala u orbiti oko Sunca u istoj ili bliskoj orbiti Zemljinoj. Ovaj prsten ili disk planetezimala se često zove protomesečevo jato (PMJ)

Postoji nekoliko teorija u okviru ove teorije. Prvo, nekoliko ljudi misli da je bilo nekoliko različitih i zasebnih PMJ-a u direktnim ili retrogradnim orbitama na približno istim rastojanjima od Sunca kao što je Zemlja danas. Sudari između PMJ-ova su usporili kruženje i izazvali stvaranje mnoštva prameseca. Neki prameseci su pali na Zemlju, a neki su ostali u orbiti oko Zemlje. Kako su se geocentrične orbite prameseca formirale, prameseci su se sudarali i sakupili u male asteroide, prašinu i druge pramesece. Neki naučnici veruju da su dva ili tri od ovih prameseca postala “Mesečevi embrioni” u orbiti oko Zemlje. Ova ideja, da ima više tela u orbiti oko Zemlje povećava količinu materijala koju je sakupio sistem u heliocentričnoj orbiti. Kao rezultat, faktor rasta se povećava i na kraju tri lunarna embriona će se udružiti i formirati Mesec kakav mi danas vidimo. Druga mogućnost je da je udarni talas nastao usled sudara supstance sa planetom veličine trećine Zemlje mogao da izbaci dovoljno materijala u orbitu oko Zemlje da stvori PMJ ili čestice. Na slici 14 je predstavljen porast koji se događa na zajedničkim tačkama paraboličke orbite i kružne orbite oko Sunca. Na ovim zajedničkim tačkama, sudari Zemlje i protomeseca (jednaog ili više), bi skupili dovoljno materijala da formiraju sistem Zemlja-Mesec kakav danas postoji.

Pretpostavlja se da je pre oko 10⁸ godina, grupa planetezimala na rastojanju od Sunca između 0.5 astronomskih jedinica i 1.5 AJ imala ukupnu masu Venere, Zemlje i Meseca i Marsa sa satelitima. Ali, problem je u tome što bi za rast u tom ogromnom prostoru bilo potrebno izuzetno mnogo vremena i energije, da bi se tri planete i njihovi sateliti smestili na orbite gde se danas nalaze. Sa druge strane Jupiter i Saturn mogli su igrati značajnu ulogu u formiranju planeta Zemljinog tipa.

Osnova svih ovih teorija je da je sav materijal morao drastično da smanji svoju brzinu, a kao i u capture teoriji, velika količina kinetičke energije morala je biti rasuta.

Ovaj model ima nekoliko nedostataka. On teško objašnjava razlike u sastavu Zemlje i Meseca. Takođe, on ne obraća pažnju na to kada je došlo do promene momenta impulsa sistema Zemlja – Mesec.

Konačno, prema trećoj hipotezi, tzv. teoriji “zarobljavanja” ili capture teoriji proto-Mesec je kružio oko Sunca i bio zahvaćen Zemljinom gravitacijom. Druga vrsta teorija kaže da je Mesec ušao u Rošeovu zonu oko Zemlje, tj. zonu gravitacionog i plimskog uticaja Zemlje, i bio polako izvučen iz svoje prvobitne orbite u paraboličku orbitu oko Zemlje. Parabolička orbita se polako zaobljavala do svog današnjeg skoro simetričnog oblika. Najprivlačniji aspekt ovih teorija je da su one potpuno saglasne sa činjenicom da Zemlja i Mesec imaju velike razlike u sastavu. Capture teorije su bile veoma popularne 60-tih godina, ali sada je njihova popularnost nestala zog činjenice da je zahvaljujući količini energije koja bi bila potrebna da se uhvati objekat veličine Meseca iz udaljenog dela Sunčevog sistema. Takođe, sličnosti u sastavu Zemlje i Meseca navode na pomisao da su oba tela nastala u istom delu Sunčevog sistema.

Ova činjenica smanjuje verovatnoću da capture teorija bude prihvaćena kao istinita. Satelit može privremeno biti uhvaćen prolaženjem kroz “vrata”, kako je prikazano na Slici 15. Satelit će ući na “vrata” i napraviti sedam krugova oko planete koja ga je zarobila pre nego što uspe da se vrati nazad kroz “vrata”, u ovom primeru. Ova teorija bi u osnovi bila prihvatljiva da postoji promenjivost “vrata”, da vrata postaju sve manja i manja, tj. što je energija tela manja manja su i “vrata”. Da je Mesec uspeo da se probije kroz “vrata” malo pre nego što su se zatvorila, on nikada ne bi uspeo da se vrati nazad. Vremenom bi onda orbita Meseca poprimila današnji izgled. Druge teorije koje proširuju ovaj scenario uključuju masivnu gasovitu atmosferu oko pra Zemlje koja je usporila Mesec dovoljno da ne pobegne kroz “vrata”. Postoje i teorije prema kojima je do gubitka energije došlo usled sudara sa poljem manjih planetezimal-a oko Zemlje, a samim tim došlo je i do smanjenja ubrzanja do tačke zaobljenja orbite.

Capture teorije bile su često proglašavane za malo verovatne. “Apolo” istraživanja su utvrdila da Mesec nije napravljen od egzotičnih materijala kako se pretpostavljalo, što je opet umanjilo značaj capture teorija. Stalno se pojavljuje sve više detalja i hipoteza koje se tiču capture teorija i oni mogu da učine teoriju ubedljivijom, ali glavna prepreka koju će poborniici capture teorije morati da prevaziđu je ogromna redukcija energije potrebne za hvatanje Meseca. Capture teorija ne zadovoljava neka data ograničenja. Glavni nedostatak je bio i biće fizička prihvatljivost zbog količine energije potrebne za usporavanje Meseca do te mere da Zemlje može da ga primora da kruži oko nje.

Problem u vezi ove teorije je taj što ovakvo zarobljavanje nije lako ostvarivo. Mada je to očigledno moglo da se dogodi, nešto je moralo da se dogodi što bi takvom telu oduzelo deo kinetičke energije, pa da ono pređe sa orbite oko Sunca na orbitu oko Zemlje. Samo prolaz pored masivnijeg tela dovodi do obaveznog zarobljavanja manjeg.

Posle misije Apola uzorci sa površine Meseca nametnuli su čvrste uslove za ove tri teorije o postanku Meseca; sve ove teorije sadržale su neke nedostatke. Za žaljenje je to što uzorci sa Meseca koje je “Apolo” doneo nisu dali nikakve odgovore o poreklu Meseca. Međutim, ne može se tvrditi da su ovi uzorci omogućili samo da postavimo ograničenja našim prethodnim teorijama. Teorija koja je nastala posle misija “Apola” naziva se teorija sudara. Ona pretpostavlja da je planeta veličine Marsa udarila u Zemlju. Jedan njen deo je srastao sa Zemljom a drugi bio izbačen kao oblak materijala na orbitu oko Zemlje. Ovaj oblak usijanog materijala je postepeno hladio i na kraju od njega je nastao Mesec. Osnovna prednost ove teorije je sposobnost da objasni sličnosti, ali i razlike u hemijskom sastavi Zemlje i Meseca. Zamerka toj teoriji je ta što ravan orbite Meseca ne leži u ravni ekvatora Zemlje. Stoga, ova teorija takođe nije u mogućnosti da da sve odgovore na dugo proučavano poreklo sistema Zemlja – Mesec.