半世紀以上にわたり、月は科学の最高の頭脳を嘲笑してきました。エリック アスファウグにとっては、もう十分でした。
罵倒は、アスファウグが生まれる 3 年前に始まりました。 1959 年 10 月 7 日、ソ連のルナ 3 号宇宙船が月の後ろを周回し、一連の粗いがはっきりとした写真を撮り、家に無線送信しました。月の自転は公転と完全に同期しているため、一方の半球は常に地球の方向を指し、もう一方の半球は常に地球の反対側を指し、見えません。ルナ 3 号が初めて撮影した月の裏側の画像は、起伏の多い灰色の高地が広がっていることを明らかにしました。この景色は、表側のカリスマ的なマン イン ザ ムーン マーキングとはまったく異なります。その分裂した人格の奇妙さを認識するのに、惑星科学者は必要ありませんでした。 「私は少年の頃、月の裏側を映しているニュース番組の 1 つを見て、惑星が両側でこれほど異なっているとは信じられないと思ったことを覚えています」と Asphaug は言います。
今は 2010 年で、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の地球惑星科学の教授である Asphaug は、コロキウムに出席し、月の攻撃的な非対称性の説明を待っていました。同僚のイアン・ガリック＝ベセルが提案された答えをスケッチしている間、彼は耳を傾け、ますます不安になった。この最新の理論では、地球の重力が月に強力な潮汐を引き起こしたのは、数十億年前、月が若くて溶けていたときです。その後、バルジはその場で凍結し、より厚い地殻と向こう側の独特の地質を生み出しました.その概念は Asphaug にとって意味がありませんでした。 「地球の満潮時と同じように、向こう側と手前の両方に膨らみができます」と彼は言います。しかし、理論の要点は、バルジを向こう側にのみ配置することでした. 「だから答えは、何らかの奇跡が起こって残りの半分が消えてしまうということでなければなりません。それは問題を以前よりもさらに悪化させます。」
Asphaug はイライラしただけではありませんでした。彼は触発されました。何年もの間、彼は初期の太陽系における低速衝突のモデルの開発に取り組んできました。 「人々は偏見を持っており、影響を見て超高速イベントだけを考えてきました」と彼は言います。 「人々は、物事がより低い速度で衝突する可能性があることを忘れていました。」これらの種類のイベントは、破壊的ではなく建設的です。2 つのオブジェクトが十分にゆっくりと衝突すると、「家の壁に泥を投げたり、雪玉を投げ合ったりするように」ぶつかってくっつきます。 Asphaug は、彼が好んで「スプラット」と呼んでいた低速衝突が、彗星の形成方法を説明できると考えていました。突然、彼は目の前に月の問題の解決策があるかもしれないことに気付きました。彼はポスドクの 1 人である Martin Jutzi (現在はベルン大学に在籍) をつかみ、自分の考えを詳しく説明しました。地球が元々 2 だったら？ 後で私たちが知っている月に融合しただけですか?
「私たちはそのセミナーの直後に研究室に行き、マーティンは伴月に衝突した月をコード化しました」と Asphaug は言います。これらの計算の結果は、月の非対称性の新しい解釈でした。 Asphaug の見解では、ごちゃごちゃした月の高地は、かつて地球を周回していた 2 番目の月の残骸が月の表面に貼り付けられたものです。向こう側が別世界のように見えるのも不思議ではありません。 そうです 別の世界。新しいモデルは、月の古代の起源とその現代的な外観の統合された説明を提供しますが、Asphaug にとっての概念はそれよりも深いものです。それは、惑星形成におけるより広い、そしてほとんど見過ごされているプロセスを示しています:穏やかな衝突では、2 つの物体がキスで一緒になります。
科学のほとんどの理論と同様に、Asphaug の Big Splat モデルは、以前の研究の大理石から彫刻されています。実際、月の起源に関する最初の真に科学的な記述も、2 つの世界の間の相互作用を中心にしていますが、それは結合ではなく分離を想定していました。 1878 年、チャールズの息子であるジョージ H. ダーウィンは、メリーゴーランドから落ちてくる気まぐれな子供のように、高速で自転する生まれたばかりの地球から月が飛び散ったと提案しました。太平洋の盆地として、私たちの惑星の失われた部分がまだ明らかである、と彼は推測した.
その「核分裂仮説」は長い間固執していました。子供の頃、兄から受け継いだ夢のようなアポロ以前の科学の本でそれについて読んだことを覚えています。しかし、ダイナミクスの観点からは、それは機能しません。地球をその表面の一部を吹き飛ばすのに十分な速さで自転させるもっともらしい方法はなく、たとえあったとしても、地球と月の現在の物理的状態に一致するのに十分な角運動量を吸い上げる方法はありません。太平洋に関しては、それは現在の大陸の配置にのみ関連する一時的な特徴です。約44億年前に月が形成されたとき、太平洋は存在しませんでした。 (ダーウィンには気をつけてください。彼の理論は、プレート テクトニクスの概念よりも 90 年近く前から存在していました。)
他の月の起源の物語が続き、それぞれが地球と月の間の異なる関係を仮定し、それぞれが独自の致命的な欠陥に苦しんでいました.アメリカの天文学者 T.J.J.シーは、月が独立した惑星として形成され、その後、地球によって軌道従属状態に陥ったと提案しました。欠点:私たちの惑星の重力は、わなを設定するほど強くありません。他の多くの研究者、特にフランスの数学者エドゥアール・ロッシュは、初期の太陽系で月と地球が並んで合体したと主張した.欠陥:地球化学者がアポロ宇宙飛行士によって返された 842 ポンドの岩石を掘り始めたとき、彼らは月の全体的な組成が地球とは異なり、揮発性物質として知られる容易に蒸発する化合物が不足していることを発見しました。パラレル ワールドは、はるかに近いものになるはずです。
しかし、他の多くの点で、月の化学は地球と非常に似ています。実際、不思議なことに似ています。これらの月の岩石に含まれる 2 種類の酸素の比率は、地球の岩石とほぼ完全に一致しています。酸素比は、物体がどこで形成されたかを示す ID タグのようなものです。隕石には独自の比率があります。火星には独自の比率があります。月はちょうど地球の双子のように見えます。ご覧のとおり、月は地球とまったく同じであることを除けば、地球とはまったく異なります。別の、より微妙な非対称性について説明する必要があります。
惑星科学者は、すべての複雑な証拠を消化し、1975 年の 2 つの画期的な論文に触発された新しい創造物語、ジャイアント インパクト理論に落ち着きました。このモデルでは、地球は月のない状態で生まれました。その後、その形成直後に、一般にテイア (ギリシャ神話の月の女神セレーネの母) と呼ばれる火星サイズの物体と激しく衝突しました。結果として生じた地獄は、地球の外層のかなりの部分とともにテイアを蒸発させました。素材の一部はキングダム カムに吹き飛ばされましたが、その多くは傷ついた地球の周りの円盤に落ち着きました。非常に短い期間、おそらくわずか 10 年で、円盤は凝縮して月を形成しました。
ジャイアント・インパクト理論は、地球と月のシステムの幅広い化学的および力学的属性のほとんどを簡単に説明しています。不確実性が長引いているにもかかわらず、それは月が存在する理由の最良の説明であるとほぼ普遍的に考えられています.それがしないのは、私たちの前にぶら下がっている大きな輝かしい質問に答えることです:なぜ月はそのように見えるのか ?
化粧品だけの問題ではありません。マン・イン・ザ・ムーンの模様は、マリアとして知られる暗く凍った溶岩の巨大な平野です。 .どういうわけか、マリアのほぼ全員が 手前側にあります。より一般的には、初期の月は地球に面した半球で火山活動が活発でした。 NASA の月を周回する GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) ミッションは、月の地殻を測定し、向こう側が厚いことを確認しました。宇宙船はまた、手前側 (および手前側のみ) に、惑星地質学者が火山堤防と解釈する、長く直線的な埋もれた特徴のネットワークがあることも発見しました。明白に見える答えは、地球の重力がこのすべての不均衡の原因であるということですが、接続を確立するための物理的にもっともらしい方法はありません.
「人々は長い間、非対称性を説明しようとしてきました。アイデアは次々と提案され、しばらくの間は放っておかれますが、うまくいかないことがよくあります」と Asphaug 氏は言います。多くの場合、月の二重性の問題は完全に無視されます。昨年の秋、カリフォルニア工科大学の David Stevenson は、英国王立協会で月形成に関する主要な会議を共催しました。彼は、多くの同僚がこの問題について話している方法に笑いました。 
多くの点で、アスファウグのモデルは、月の形成に関する一般的な考えを有機的に拡張したものであり、実際には、惑星がどのように形成されるかについての現在の考え方全体です。初期の太陽系は、45 億年以上前に始まり、生まれたばかりの太陽の周りの渦巻く円盤の中で、ちりから岩石、小惑星、惑星へと徐々に形成されました。その話は、隕石の分析から、他の幼い星の周りの同様の円盤の観察まで、証拠のライブラリによって十分に確立されています。惑星が一緒になるにつれて、ますます大きなオブジェクトが互いに衝突しなければなりませんでした。これらのクラッシュのいくつかは、2 つのオブジェクトが 1 つの大きなオブジェクトに貼り付けられるように、穏やかに発生する必要があったと Asphaug 氏は述べています。そうでなければ、惑星は成長を止め、太陽系は砕けた瓦礫の群れになっていたでしょう.
Asphaug は、最初はサンタ クルーズで、2012 年からは現在の自宅であるアリゾナ州立大学で、衝突プロセスの機微を探求するキャリアを過ごしてきました。長年にわたり、彼は主流のジャイアント インパクト モデルに大きく貢献し、火星サイズの侵入者としてのテイアの主流モデルの改良に貢献しました。その過程で、「降着は不完全で複雑だという事実に気づきました」と彼は言います。彼は、2 つの惑星が不完全に衝突する「ほぼ降着」のイベントと彼が呼ぶものに興味を持つようになりました。彼はジャイアント・インパクトを、ずさんな合体からヒット・アンド・ランの影響まで、可能性のある遭遇のより大きなセットの1つのケースにすぎないと見なすようになりました.
「大学院での私の大きな学習経験は、惑星科学の知識の限界に到達する前に、あなたがしなければならないことがいかに少ないかを認識したことでした.斬新で未解決の問題を見つける前に、400 年もの問題を乗り越えなければならない物理学とは異なります」と Asphaug 氏は言います。 「惑星科学には、良い答えのない基本的な問題がたくさんあります。あなたは言い始めます。 本当に ?わかりました、私にもアイデアがあります。」
彼の談話室でのひらめきは、Asphaug にジャイアント インパクトの直後に何が起こったのかを考えさせました。惑星科学者は通常、単一の月が大火から出現したと想定していましたが、それが唯一の可能性ではありませんでした。 2 つの衛星が出現したという Asphaug の考えは、彗星のコンピュータ モデリングと完全に一致しました。 「私たちは心にビビりました。偶然の一致でした」と彼は言います。
ハーバード大学のMatija Cukは、2番目の月がどこから来たのかをすでに推測しており、写真の2番目の部分を埋めていました.巨大な衝突が巨大な、地球を一周する気化した岩石の輪を作ったとき、Cuk は、同じ軌道で月の 60 度前方と 60 度後方に位置する 2 つの安定点があると指摘した。これらのスポットは、重力の潮だまりのようなもので、2 つ目の小さな天体が形成された可能性のある穏やかな場所です。 Cuk はこの伴侶の月に名前を付けませんでしたが、わかりやすくするために、ギリシャ神話のセレーネの恋人にちなんでエンディミオンと呼びます。
当初、月とエンディミオンは平和に共存していましたが、(ロマンチックな関係でよくあることですが) 時間の経過とともに状況が変化しました。重力の相互作用により、主要な月が地球から離れて螺旋状になり、システム全体のダイナミクスが変化しました。エンディミオンは安定した止まり木を失い、恋人の腕の中に落ちました。 Cuk は、エンディミオンが最終的に分裂し、小惑星の雹の嵐のように月に降り注いだと理論付けました。 Asphaug は全く異なる可能性を見ました.
「物体が共軌道を回るとき、物体は落下する速度とほぼ同じくらいかなりゆっくりと衝突するため、衝撃や大量の融解は発生しません」と Asphaug 氏は言います。 「これを巨大な影響と考えるのではなく、宇宙の地すべりのようなものです。想像できる最大の土砂崩れの 1 つになるでしょう。」後の段階では、エンディミオンの残骸は毎秒数百メートルの速度で落下し、最初にプロセスを開始させた巨大な衝突の速度のわずか 1/100 です。
「計算を行うと、インパクターが当たる場所に膨らみができます。それは、わずかに密度の低い物質でできた厚くなった地殻です」と Asphaug 氏は言います。彼のモデルの膨らみの形は、月の裏側にある実際の地殻の形と一致しています。彼は、追加された地殻の質量を説明するために、エンディミオンは約 621 マイル (1,000 キロメートル) の幅が必要であると見積もっています。これはもっともらしいサイズで、現在の月の直径の約 4 分の 1 です。このような小さな天体は、エンディミオンが不安定になるおおよその年齢である 1 億年以内に固い岩に冷却されます。それが月の表面に崩れ落ちたとき、月の裏側のより厚い地殻を適切に説明する、半球全体の瓦礫のフィールドを作成したでしょう.
Big Splat にはさらに興味深い結果があります。月の一方の半球に着陸するすべての岩石の重量は、放射性元素を豊富に含む溶融物質を圧縮し、もう一方の半球に向かって押し進めるだろう、と Asphaug は述べています。月の片側に熱が集中すると月が膨張し、GRAIL 探査機が見た堤防ができる可能性もあります。出来上がり:向こう側の分厚い地殻、表側の火山活動、謎めいた月の堤防、すべてが一筆で説明されます。
Asphaug は、ビッグ スプラットが、この会話全体を開始したひどい非対称性、つまり月の表側だけにのみ暗いマーキングが集中していることを完全に説明できると確信していません。月のマリアを作った溶岩流だからです。 月が形成されてから約10億年後に噴火しました。しかし、彼のモデルは、向こう側の地殻が厚く、手前側の内部熱が大きいことを説明することで、少なくとも、溶岩が一方の半球を他方の半球よりも好む適切な条件を設定しています。
アスファウグを聴けば聴くほど、説得力が増す。ビッグ スプラットは、月の異常な異常のすべてを説明することはできませんが、非常に多くの異常をカバーしています。しかし、月科学の氷河速度の世界では、アスファウグのアイデアはこれまでのところ生ぬるい反応を受けています。月は一つじゃなくて二つ？大惨事ではなく地滑りを引き起こす天体衝突？ええ、それについては折り返しご連絡いたします。
パデュー大学のベテラン惑星科学者で GRAIL チームのメンバーである Jay Melosh は、月の地殻の密度が表側と裏側で同じであるという懸念を提起しています。エンディミオンが単に月の表面と同じ密度を持っていた可能性はありますが、多様性の欠如は「少なくともアスファウグのビッグ スプラット モデルを維持することをより困難にします」と彼は言います。スティーブンソンも同様に慎重です。 「説得力があるとは思いませんが、除外はしません」と彼は言います。 「巨大な衝突の後に起こると私たちが考えていることから、自然に発生するわけではありません。」 Cuk のようなダイナミクスの専門家は、モデルをより支持しています。しかし、結局のところ、主な批判は、ビッグ スプラットを反証する証拠があるということではありません。
Asphaugは同情的です。 「多くのことを説明する仮説があるかもしれませんが、比較的検証することはできません」と彼は言います。 「私たちは今、データに飢えています。」今後の 1 つの方法は、月に地震観測所のネットワークを配置することです。これにより、月の内部構造によって記録された完全な履歴を読み取ることが可能になります。巨大な衝撃 (もしあれば) とその後のビッグ スプラット (同上) の間に何が起こったとしても、その痕跡は奥深くに残っているに違いありません。 NASA は 2 年以内に、火星の高精度地震観測ステーションである InSight を打ち上げる予定ですが、同等のミッションを月に送るという提案はすべて却下されています。 「アメリカが 1970 年代に月面着陸ミッションを終了させたことについての悲しいコメントです」と Asphaug は言います。 「最終的に答えを得るのは中国人になると思います。」
幸いなことに、話はこれで終わりではありません。Asphaug のモデルをテストし、惑星や衛星がどのように形成され、進化したかを知る別の方法 (一連の方法) があるからです。彼は、「ほとんど降着した」出来事の証拠が私たちの周りにあるかもしれないと述べています。彗星は古代の層状スプラット構造を保存している可能性があります。現在チュリモフ・ゲラシメンコ彗星に向かっている欧州宇宙機関のロゼッタミッションは、見ることができるでしょう。冥王星とその大きな衛星カロンは、地球の月を形成したのと同様の巨大な衝突で形成された可能性があります。探査機ニュー ホライズンズは 2015 年に近接フライバイを行います。火星には独特の南北非対称性があり、InSight 探査機は衝突が原因であるかどうかの調査にも役立ちます。
Asphaug 氏はモデルの実行を続けているため、調査する場所がさらに増え続けています。昨年 Icarus に掲載された論文で 彼は、土星の複雑な衛星システムは、複数の衝突と合体の結果である可能性があり、私たち自身の月を作ったプロセスのより精巧なバージョンであると主張しています.現在進行中の彼の最新の考えは、水星が形成されたときに 1 回または複数回のひき逃げ衝突の犠牲者であったというものであり、これは、その高密度で鉄分に富んだ構造と、水の存在の可能性が低いことの両方を説明するものです。その灼熱の地殻。
アスファウグによれば、マン・イン・ザ・ムーンの究極のメッセージは、惑星の形成はずさんで創造的であり、彼の同僚のほとんどが見落としている方法で非常に多様であるということです.彼はその一部を見逃していないことを確認したいと考えています。 「最新のコンピューター コードを使用すると、非常に大きなパラメーター空間を探索できます」と、2010 年に彼を研究室に駆り立てたのと同じマニアックな熱意で彼は言います。「楽しみは尽きることがありません。」
Corey S. Powell は の一般編集者です マガジンをご覧ください。彼は Out There のコラムとブログを執筆しており、 の編集者も務めています。 アメリカの科学者。 彼はまた、Twitter への移行が遅れています:@coreyspowell
