Više od pola stoljeća nakon posljednje misije Apollo, znanstvenici još ne znaju točno kako je nastao Mjesec. Najšire prihvaćeno objašnjenje i dalje uključuje golemi sudar rane Zemlje s protoplanetom Tejom, no uzorci koje su astronauti donijeli s Mjeseca i dalje se teško uklapaju u klasične modele: Mjesec je kemijski previše sličan Zemlji.
Kada je lunarni modul misije Apollo 17 u prosincu 1972. napustio Mjesec, čovječanstvo je iza sebe ostavilo posljednje ljudske tragove na njegovoj površini. No uzorci koje su astronauti donijeli na Zemlju i danas otvaraju pitanja na koja nema jednostavnog odgovora.
Planetarni znanstvenici uglavnom se slažu da je Mjesec nastao prije otprilike 4,51 milijardu godina, nakon sudara rane Zemlje s velikim tijelom koje se u stručnoj literaturi naziva Teja. No koliko je Teja bila velika, ostaje otvoreno pitanje. Procjene se kreću od tijela veličine proto-Merkura do objekta koji je mogao imati približno polovicu mase današnje Zemlje.
Wim van Westrenen, znanstvenik za Mjesec i planete sa Sveučilišta Vrije u Amsterdamu, smatra da je taj sudar bio jedan od presudnih događaja u povijesti našeg planeta. “Zemlja je bila silno promijenjena tim golemim udarom. Taj je događaj zapravo ponovno postavio povijest našeg planeta”, rekao je van Westrenen.
Prema takvom scenariju, prvi Mjesec nije bio hladno kameno tijelo, nego užarena kugla magme s temperaturom od nekoliko tisuća stupnjeva. Prije nego što su se mogli oblikovati minerali čiju starost danas pokušavamo odrediti, taj se materijal morao ohladiti.
Tu počinje jedan od ključnih problema. Znanstvenici mogu mjeriti starost mjesečevih minerala, ali puno je teže odrediti koliko je vremena prošlo između samog sudara i trenutka kada su se ti minerali počeli stvarati.
Bijele stijene i stvrdnuti vrh drevnog oceana magme
Među najpoznatijim uzorcima iz programa Apollo nalazi se takozvana Genesis stijena, koju su astronauti misije Apollo 15 prikupili 1971. godine. Stara je oko 4,46 milijardi godina i gotovo se u cijelosti sastoji od plagioklasa, bijelog minerala koji zbog male gustoće može isplivati prema vrhu rastaljene magme.
To je važno jer Mjesečeva svijetla područja nisu samo površinski detalj. Njihova boja velikim dijelom potječe od kristala plagioklasa koji reflektiraju Sunčevu svjetlost.
Ako je velik dio Mjesečeve površine prekriven plagioklasom, to upućuje na burnu ranu fazu njegove povijesti. Van Westrenen to tumači kao pogled na gornji sloj nekoć golema oceana magme. Drugim riječima, ono što danas vidimo na Mjesecu moglo bi biti stvrdnuti vrh tijela koje je nekada bilo gotovo potpuno rastaljeno.
Njegov istraživački tim pokušava takve uvjete rekonstruirati u laboratoriju. U eksperimentima stvaraju visoke tlakove i vrlo visoke temperature kako bi provjerili koji se minerali formiraju dok se duboki ocean magme hladi i kristalizira.
Prema njihovim rezultatima, moguće je da je cijeli Mjesec u ranoj fazi bio rastaljen, s oceanom magme koji se protezao do dubine od oko 1.700 kilometara, gotovo sve do njegova središta.
Eksperimenti koji oponašaju unutrašnjost Mjeseca
Da bi proučili takve uvjete, van Westrenen i njegovi suradnici zagrijavaju vrlo male količine materijala na više od 1.700 Celzijevih stupnjeva. To postižu električnom strujom koja prolazi kroz grafit, pri čemu se uzorci zagrijavaju na temperature višestruko više od onih u običnoj pećnici.
Laboratorij može stvarati i tlakove do 250.000 Zemljinih atmosfera. Za usporedbu, najveći tlak u unutrašnjosti Mjeseca procjenjuje se na oko 50.000 atmosfera. To znači da istraživači u laboratorijskim uvjetima mogu simulirati i najdublje dijelove Mjeseca.
Takvi eksperimenti pomažu u razumijevanju geološke evolucije Mjeseca, ali ne rješavaju najveću zagonetku. Računalne simulacije velikog sudara mogu dobro reproducirati današnja fizikalna svojstva sustava Zemlja-Mjesec, uključujući masu i orbitalne značajke. No kada se usporedi kemijski sastav, pojavljuje se ozbiljan problem.
Klasični modeli predviđaju da bi Mjesec trebao biti kemijski drukčiji od Zemlje, jer bi velik dio njegova materijala trebao potjecati od Teje. Analize mjesečevih stijena, međutim, pokazuju da su one Zemlji mnogo sličnije nego što bi se očekivalo.
Teja je trebala ostaviti drukčiji kemijski potpis
U jednoj verziji priče Zemlja je u trenutku sudara već bila gotovo potpuno formirana, a Teja je bila tijelo veličine Merkura koje ju je pogodilo velikom brzinom i pod oštrim kutom. U drugoj verziji Zemlja je tada bila tek djelomično formirana, a sudar s velikom Tejom dovršio je njezin rast do današnje veličine.
U tom većem scenariju Mjesec bi nastao od male količine dobro izmiješanog materijala Teje i rane Zemlje, koji je nakon sudara ostao u orbiti oko novonastale Zemlje.
Osnovna ideja i dalje vrijedi: lakši silikatni materijal završio je u Mjesecu, dok je gušći materijal potonuo u Zemlju i pridonio stvaranju njezine velike jezgre bogate željezom. No stariji modeli imaju nezgodnu posljedicu. Prema njima, većina silikatnih stijena Mjeseca trebala bi potjecati od Teje, a ne od Zemlje.
Ako je Teja nastala negdje drugdje u Sunčevu sustavu, njezin kemijski potpis morao bi se razlikovati od Zemljina. Upravo zato sličnost Zemlje i Mjeseca ostaje jedan od najtežih dijelova slagalice.
Da bi klasični model funkcionirao, Teja bi morala udariti Zemlju gotovo bočno. Dio protoplaneta sudario bi se sa Zemljom, dok bi drugi dio prošao pokraj nje i završio u orbiti. Od tog bi se materijala zatim oblikovao Mjesec. No tada bi se očekivalo da većina Mjesečeva materijala potječe od Teje, a ne od Zemlje.
Geologija pokazuje drukčiju sliku. Mjesečeve stijene previše nalikuju Zemljinima.
Zato nastanak Mjeseca, unatoč desetljećima istraživanja i uzorcima koje su ljudi osobno prikupili na njegovoj površini, još nije potpuno riješena priča. Mjesec svakodnevno vidimo na nebu, ali njegovo podrijetlo i dalje vodi izravno prema najranijoj povijesti Zemlje.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
