1972 年 12 月 13 日、アポロ 17 号の宇宙飛行士ハリソン シュミットは、月の静けさの海にある岩に近づきました。 「この岩には、丘のすぐ上に小さな道があります」と彼は指揮官のユージーン・サーナンに呼びかけ、岩が山腹を転がり落ちたときに残した痕跡を指摘しました。 Cernan は、いくつかのサンプルを収集するために上陸しました。
「あの岩が通り過ぎる前にそこに立っていたらどうなっていたか考えてみてください」とサーナンは考えました.
「それについては考えたくありません」とシュミットは言いました。
宇宙飛行士は岩から月のかけらを切り出しました。次に、レーキを使用して、シュミットは粉状の表面をこすり落とし、後にトロクトライト 76536 と名付けられた岩をレゴリスから歴史へと持ち上げました。
その岩とその岩の兄弟は、月全体がどのようになったかの物語を語り続けます.過去 40 年間に数え切れないほどの教科書や科学博物館の展示物に刻まれたこの創造の物語では、月は初期の地球と火星の大きさの岩石の世界との間の悲惨な衝突で形成されました。この別の世界は、月であるセレーネを産んだギリシャの女神にちなんで、テイアと名付けられました。テイアは地球を非常に激しく、あまりにも速く破壊したため、両方の世界が溶けました。最終的に、テイアの残骸が冷やされて固まり、今日の銀色の仲間になりました.
しかし、トロクトライト 76536 や、月や火星からの他の岩石の最新の測定結果は、この話に疑問を投げかけています。過去 5 年間に行われた一連の研究により、ある問題が明らかになりました。標準的な巨大衝突仮説は、証拠と一致しない仮定に基づいています。 Theiaが地球に衝突し、後に月を形成した場合、月はTheiaタイプの物質でできているはずです.しかし、月はテイアのようには見えません—さらに言えば、火星のようにも見えません。原子に至るまで、地球とほぼ同じように見えます。
この矛盾に直面して、月の研究者は、月がどのようにできたかを理解するための新しいアイデアを探してきました。初期の太陽系を理解する上で別の課題が生じますが、最も明白な解決策は最も単純な場合もあります。おそらくテイアは月を形成しましたが、テイアは地球とほぼ同じ素材でできていました。 2 番目の可能性は、インパクト プロセスがすべてを完全に混合し、パンケーキ生地が一緒になる方法で異種の塊と液体を均質化することです。これは、非常に高エネルギーの衝突、または後に組み合わされた一連の月を生成する一連の衝突で発生した可能性があります。 3 番目の説明は、私たちが惑星について知っていることに疑問を投げかけています。私たちが今日持っている地球と月は、回転と未来を劇的に変えた奇妙な変容と野生の軌道ダンスを経験した可能性があります.
テイアに悪いニュース
地球の最も重要な日に何が起こったのかを理解するには、太陽系の若さを理解することが役立ちます。 45 億年前、太陽はドーナツ状の熱い破片の雲に囲まれていました。星で作られた要素は、私たちの生まれたばかりの太陽の周りを渦巻いて冷却し、長い年月を経て、完全には理解されていないプロセスで塊、次に微惑星、そしてますます大きな惑星に結合しました.これらの岩体は激しく、頻繁に衝突し、新たに蒸発しました。地球と月が造られたのは、この言葉では言い表せない残忍なビリヤード ボールの地獄の風景の中でした.
現在の月にたどり着くには、そのサイズ、自転、地球から遠ざかる速度を考慮すると、最高のコンピューター モデルによると、地球に衝突したものは火星ほどの大きさだったに違いありません。より大きなものや非常に小さなものは、私たちが見ているよりもはるかに大きな角運動量を持つシステムを生成します.より大きな発射体は、地球の軌道に鉄を投げ込みすぎて、現在の月よりも鉄分が豊富な月を作り出します。
トロクトライト 76536 と他の岩石の初期の地球化学的研究は、この話を裏付けました。彼らは、月の岩石が月のマグマ海に由来することを示しました。そのようなものは、巨大な衝突によってのみ生成される可能性があります.トロクトライトは、南極から氷山が浮かんでいるように、溶けた海に浮かんでいたでしょう。これらの物理的制約に基づいて、科学者は月がテイアの残骸から作られたと主張してきました。しかし、問題があります。
初期の太陽系に戻ります。岩石の世界が衝突して気化するにつれて、それらの内容が混ざり合い、最終的には異なる領域に落ち着きました。より高温である太陽に近づくと、軽い元素は加熱されて逃げる可能性が高くなり、余分な重い同位体 (追加の中性子を持つ元素の変種) が残ります。太陽から遠く離れた岩石は、より多くの水を保持でき、より軽い同位体が存続しました。このため、科学者はオブジェクトの同位体混合を調べて、太陽系のどこから来たのかを特定できます。たとえば、強調されたスピーチが人の故郷を教えてくれるように。
これらの違いは非常に顕著であるため、惑星や隕石の種類を分類するために使用されています。たとえば、火星は地球とは化学的に非常に異なるため、火星の隕石は 3 つの異なる酸素同位体の比率を測定するだけで識別できます。
2001 年、高度な質量分析技術を使用して、スイスの研究者はトロクトライト 76536 と他の 30 の月のサンプルを再測定しました。彼らは、その酸素同位体が地球のものと見分けがつかないことを発見しました。それ以来、地球化学者はチタン、タングステン、クロム、ルビジウム、カリウム、その他の地球と月からの未知の金属を研究してきましたが、すべてがほとんど同じように見えます.
これは Theia にとって悪いニュースです。火星が明らかに地球と異なるのであれば、テイア、ひいては月も異なるはずだ。それらが同じである場合、月は地球の一部が溶けて形成されたに違いありません。アポロの岩石は、物理学が真実であると主張するものと直接衝突しています.
カリフォルニア大学デービス校の惑星科学者であるサラ・スチュワートは、「標準モデルは深刻な危機に瀕しています。 「まだ殺されていませんが、現在の状態では機能していません。」
蒸気から出た月
スチュワートは、この問題の物理的制約 (特定のサイズで特定の速度で進むインパクターの必要性) を新しい地球化学的証拠と調和させようとしてきました。 2012 年、彼女と現在 SETI 研究所にいるマティヤ チュクは、月の形成に関する新しい物理モデルを提案しました。彼らは、テイアが地球に衝突したとき、初期の地球は 2 ～ 3 時間ごとに 1 日を回転する渦巻く教団であったと主張しました。衝突により、土星の輪のように地球の周りに円盤が生成されますが、それは約 24 時間しか持続しません。最終的に、この円盤は冷却されて固まり、月を形成します。
スーパーコンピューターは、このプロセスを完全にモデル化できるほど強力ではありませんが、そのような高速で回転する世界に激突する発射体は、地球を十分にせん断し、テイアを十分に消し去り、両方を十分にスクランブルして、同様の同位体を持つ月と地球を構築できることを示しました。比率。速く回転するろくろで湿った粘土の塊を叩くことを考えてみてください。
しかし、地球が高速で自転しているという説明が正しいとするには、地球の自転速度を現在の状態まで減速させるために、別の何かが必要になるでしょう。 2012 年の研究で、スチュワートとチュクは、特定の軌道共鳴相互作用の下で、地球が角運動量を太陽に伝達した可能性があると主張しました。その後、マサチューセッツ工科大学のジャック・ウィズダムは、角運動量を地球-月系から排出するためのいくつかの代替シナリオを提案しました.
しかし、どの説明も完全に満足できるものではありませんでした。 2012年のモデルでは、月の軌道や月の化学的性質をまだ説明できなかった、とスチュワートは述べた。そして昨年、ハーバード大学の大学院生で当時スチュワートの学生だったサイモン・ロックが、これまで認識されていなかった惑星構造を提案する最新のモデルを思いつきました。
この物語では、地球とテイアのすべての部分が気化して、厚いベーグルのような形をした、ふくらんで膨らんだ雲を形成しました。雲は非常に速く回転したため、共回転限界と呼ばれるポイントに達しました。雲の外縁では、蒸発した岩石が非常に速く旋回したため、雲は新しい構造を取り、内側の領域を周回する脂肪円盤ができました。決定的に重要なのは、円盤が土星のリングのように中央領域から分離されていなかったことです。また、以前の巨大衝突月形成モデルのようにもありませんでした。
この構造の状態は、言葉では言い表せないほど地獄です。表面はなく、代わりに溶岩の雲があり、雲のすべての領域が溶岩の雨滴を形成しています。ロック氏によると、月はこの蒸気の中で成長した後、蒸気が最終的に冷却されて、地球と月のシステムから離れました。
ロックとスチュワートは、構造の珍しい特徴を考慮して、新しい名前に値すると考えました。彼らはいくつかのバージョンを試してから、ギリシャ語の接頭辞 syn- を使って一緒に意味する synestia と、家、暖炉、建築物を表す女神 Hestia を造語しました。スチュワート氏によると、この言葉は「接続された構造」を意味します。
「これらの体はあなたが思っているものではありません。彼らはあなたが思っていたようには見えません」と彼女は言いました.
5 月、Lock と Stewart は synestia の物理学に関する論文を発表しました。 synestia の月の起源を主張する彼らの論文は、まだ審査中です。彼らは、冬と春の惑星科学会議で研究を発表し、仲間の研究者は興味をそそられたが、そのアイデアにはほとんど同意しなかったと言います.それは、シネスティアがまだ単なるアイデアだからかもしれません。私たちの太陽系で一般的な輪状惑星や、宇宙全体で一般的な原始惑星系円盤とは異なり、誰も見たことがありません.
「しかし、これは確かに、私たちの月の特徴を説明し、うまく機能していないように見えるこのモデルを持っている私たちがいるこのこぶを乗り越えることができる興味深い経路です」とロックは言いました.
1ダースの月を咲かせよう
太陽系の自然の衛星の中で、地球の月はその孤独が最も印象的かもしれません。水星と金星には、太陽に近いこともあり、衛星の重力相互作用によって衛星の軌道が不安定になるため、天然の衛星がありません。火星には小さなフォボスとダイモスがあり、捕獲された小惑星であると主張する人もいれば、火星の衝突によって形成されたと主張する人もいます。そして、巨大ガス惑星は月がぎっしり詰まっていて、岩石、水、両方の月があります。
これらの月とは対照的に、地球の衛星は、そのサイズとそれが運ぶ物理的な負担でも際立っています。月の質量は地球の約 1 パーセントですが、外惑星の衛星を合わせた質量は、親惑星の 1 パーセントの 10 分の 1 未満です。さらに重要なことに、月には地球と月のシステムの角運動量の 80% が含まれています。つまり、月はシステム全体の動きの 80% を担っています。外惑星の場合、この値は 1% 未満です。
しかし、月はずっとこの重さのすべてを支えていたわけではありません。月の顔は、その生涯にわたる砲撃の証人です。たった 1 つの岩石が地球を切り開いた原因であると考えるべきなのはなぜでしょうか?イスラエルのレホボトにあるワイツマン科学研究所の惑星科学者であるラルカ・ルフは、複数の衝突が月を作った可能性があると述べています。
昨年の冬に発表された論文で、彼女は地球の月は元の月ではないと主張しました。代わりに、彼女のシミュレーションによると、それは千のカット、または少なくとも十数のカットによる作成の大要です.複数の角度から複数の速度で飛来する発射体が地球に衝突し、円盤を形成します。これが合体して「月の子」、つまり地球の現在の月よりも小さいパン粉になります。異なる年齢の小衛星間の相互作用により、それらが合体し、最終的に今日知られている月が形成されます。
彼女の論文が昨年発表されたとき、惑星科学者は受容的でした。サウスウェスト研究所の月科学者で月形成理論の学部長であるロビン・キャナップは、検討する価値があると述べた。ただし、さらに多くのテストが残っています。ルフは、地球の月が常に同じ方向を向いているのと同じように、小惑星が軌道上の位置に固定されていたのかどうか確信が持てません。もしそうなら、彼女はそれらがどのように合併したのか確信が持てません. 「それが私たちが次に理解しようとしていることです」と Rufu は言いました。
一方、他の人たちは、地球と月の類似性について別の説明に目を向けました。非常に単純な答えがあるかもしれません. synestia から小衛星まで、新しい物理モデル (および新しい物理学) は議論の余地があるかもしれません。月が地球と同じように見えるのは、Theia も同じだったからかもしれません。
まったく同じもの
太陽系で地球に似ているのは月だけではありません。トロクトライト 76536 のような岩石は、地球の岩石やエンスタタイト コンドライトと呼ばれる小惑星群と酸素同位体比を共有しています。これらの小惑星の酸素同位体組成は地球のものと非常に似ていると、ワシントン D.C. のカーネギー研究所で隕石を研究している宇宙化学者の Myriam Telus は述べています。太陽」と彼女は言った。彼らはおそらく地球がいた場所の近くで形成された.
これらの岩石のいくつかが集まって地球を形成しました。他の人は結合してテイアを形成したでしょう。エンスタタイト コンドライトは、マントル、コア、完全な惑星を形成するのに十分な大きさに成長したことのない残骸であり、結合することはありませんでした。
1月、シカゴ大学の地球物理学者Nicolas Dauphasは、地球になった岩石の大部分はエンスタタイト型の隕石であると主張した.彼は、同じ地域で形成されたものはすべて、それらからも作られるだろうと主張した.惑星の建設は、月と地球の両方で現在見られるのと同じ混合前の物質を使用して行われていました。同じだから同じに見える。 「月を形成した巨大な衝突体は、おそらく地球と同様の同位体組成を持っていたでしょう」と Dauphas は書いています。
Theia 仮説が 1974 年に最初に提示されて以来、月の起源を研究してきたカリフォルニア工科大学の惑星科学者である David Stevenson は、この論文が過去 1 年間の議論に対する最も重要な貢献であると考えていると述べた。
彼は定量的なストーリーをまとめました。地球に入るさまざまな要素をどのように見るかについての巧妙な話です」とスティーブンソンは言いました。 「そこから、彼は地球の形成の特定のシーケンスの話を取り消すことができ、そのシーケンスでは、エンスタタイト コンドライトが重要な役割を果たします。」
しかし、誰もが納得しているわけではありません。タングステンのような元素の同位体比についてはまだ疑問がある、と Stewart は指摘する。タングステン 182 はハフニウム 182 の娘であるため、タングステンとハフニウムの比率が時計の役割を果たし、特定の岩石の年代を設定します。ある岩石に別の岩石よりも多くのタングステン 182 が含まれている場合は、タングステンで満たされた岩石が以前に形成されたと言っても過言ではありません。しかし、利用可能な最も正確な測定値は、地球と月のタングステンとハーフニウムの比率が同じであることを示しています。 「2つの体が一致する構成になるには、特別な偶然が必要です」とドーファスは認めます.
他の世界の手がかり
私たちの永遠の伴侶であり、太古の昔から夢想家や探検家の標的である銀色の姉妹である月を理解することは、それ自体が価値のある目的です。しかし、その起源の話と、トロクトライト 76536 のような岩石の話は、はるかに大きな叙事詩の 1 つの章に過ぎないかもしれません.
「地球型惑星が形成されたときに何が起こったのかという、より一般的な質問への窓だと思います。」スティーブンソンは言った。 「現在、誰もが不足しています。」
シネスティアを理解することは、その答えを助けるかもしれません。ロックとスチュワートは、原始惑星が互いにぶつかり合って溶けたときに、初期の太陽系でシネスティアが急速に形成されたと主張している.多くの岩体はふくらんでいる蒸気の暈として始まった可能性があるため、科学者が月や他の地球の世界がどのように進化したかを理解するのに役立つ可能性があります。
月と地球から、特に各マントルからより多くのサンプルを採取することも助けになるだろう。彼らは、地球の奥深くに貯蔵されている酸素が全体を通して同じかどうか、または 3 つの一般的な酸素同位体が優先的に異なる領域にぶら下がっているかどうかを知ることができます.
「地球と月が3つの酸素同位体でほぼ同一であると言うとき、私たちは地球が何であるかを実際に知っていると仮定しており、月が何であるかを実際に知っている」とスティーブンソンは指摘する. /P>
多くの場合、複雑なコンピューター シミュレーションに基づいている太陽系の起源理論に対する新たな微調整も、惑星がどこで生まれ、どこで移動したかを明らかにしています。科学者たちは、火星が地球、エンスタタイト、テイアとは異なる太陽系の領域で形成された可能性があるため、この物語を語るために火星を当てにすることはできないとますます示唆しています.スティーブンソンは、火星を岩石惑星のバロメーターとして使用するべきではないと述べました.
最終的に、月の科学者たちは、地球に最も似た惑星である金星に最良の答えが見つかる可能性があることに同意しています。若い頃に月があり、それを失った可能性があります。それは地球に非常に似ているかもしれませんし、そうでないかもしれません。 「金星から岩のかたまりが得られれば、（月の起源に関する）この質問に非常に簡単に答えることができます。しかし悲しいことに、それは今のところ誰の優先リストにも載っていません」と Lock は言いました。
金星からのサンプルがなく、巨大な衝突の中心にある計り知れない圧力と温度をテストできる研究所がないため、月の科学者は新しいモデルを考案し続け、月の起源の物語を修正しなければなりません.
