Podrijetlo Mjeseca ostaje jedna od najstarijih neriješenih tema planetarne znanosti. Prije više od stoljeća George Darwin iznio je ideju da su plimne sile i centrifugalno “rastezanje” na brzo rotirajućoj proto-Zemlji izbacili dio materijala u orbitu, gdje je nastao Mjesec. Kasniji proračuni kutnog momenta taj su scenarij gurnuli u stranu, a kao vodeće objašnjenje nametnuo se sudar s tijelom veličine Marsa.
U Darwinovu okviru proto-Zemlja bi morala imati dan dug svega dva do tri sata. No takva bi rotacija, prema kasnijim analizama očuvanja kutnog momenta, značila da je početni sustav nosio oko četiri puta veći kutni moment od današnjeg sustava Zemlja–Mjesec. Ključno pitanje postalo je vrlo jednostavno u formulaciji i vrlo tvrdoglavo u odgovoru: gdje je završio višak kutnog momenta.
Zbog toga je prevladala hipoteza divovskog sudara. Prema toj slici, u proto-Zemlju je udarilo tijelo veličine Marsa, prozvano “Teja”, a sudar je izbacio materijal sa Zemlje i iz Teje u nisku orbitu. Ondje se izbačeni materijal postupno zgrušao i akrecijom oblikovao Mjesec. Taj je scenarij postao standardni okvir, sve dok uzorci mjesečevih stijena nisu otvorili novu pukotinu u priči.
Nakon misija Apollo, koje su na Zemlju vratile mjesečeve uzorke, pokazalo se da su izotopni sastavi tih stijena gotovo identični izotopnim sastavima stijena iz Zemljina plašta i kore. To je bilo neočekivano jer su numeričke simulacije upućivale da bi veći dio Mjeseca trebao potjecati iz Teje. U tom slučaju u mjesečevim uzorcima trebao bi se vidjeti snažan “potpis” Teje. Umjesto toga, pojavilo se pitanje što se dogodilo s materijalom Teje i zašto ga izotopi gotovo ne razlikuju od Zemljinih.
Povratak Darwinove ideje
Tijekom godina ponuđena su različita objašnjenja “nestanka” Teje. Prema jednom od njih, materijal Teje nakon sudara izravno se inkorporirao u Zemljinu jezgru. Druga je mogućnost da je dio Tejina materijala ostao zarobljen u dubokom plaštu u obliku dviju velikih zona niskih seizmičkih brzina, poznatih kao LLVP strukture, smještenih na granici jezgre i plašta. U pozadini svih tih pokušaja ostajala je, međutim, činjenica da Darwinova hipoteza, za razliku od scenarija divovskog sudara, izotopnu podudarnost objašnjava prirodno, jer bi Mjesec u tom slučaju nastao isključivo od materijala Zemljina plašta i kore.
Prije otprilike deset godina dio istraživača u Nizozemskoj i Rusiji predložio je način da se Darwinova hipoteza “spasi” uz dodatni mehanizam. Po njima, fisiji Mjeseca mogla je pomoći golema nuklearna eksplozija na granici jezgre i plašta. Takav bi mehanizam omogućio da proto-Zemlja ne mora rotirati s danom od dva do tri sata, nego sporije, s danom od četiri do šest sati, uz kutni moment usporediv s današnjim sustavom Zemlja–Mjesec.
No i ta je varijanta odmah naišla na ozbiljnu prepreku. Zahtijevala bi da se na jednoj preciznoj točki na granici jezgre i plašta nekako nakupi iznimno velika koncentracija fisijskih elemenata. Geokemijski tragovi koji bi upućivali na takvu koncentraciju nisu postojali. Iz toga proizlazi da svaki model “eksplozivnog izbacivanja” mora odgovoriti na dva pitanja: koji je izvor energije i kako se energija fokusira u jedan konkretan, lokaliziran događaj unutar Zemlje.
LɅ, LLVP i mehanizam fokusiranja energije u proto-Zemlji
Autor iznosi da izvor energije vidi u procesu koji je razradio u teorijskim istraživanjima astrofizike i geofizike. U masenim sustavima na svim ljestvicama, od atoma do svemira u cjelini, prema toj interpretaciji unutarnja gravitacijska potencijalna energija postupno se pretvara u fotone i toplinu. Proces opisuje jednadžbom LɅ (Lambda luminozitet) = –UH0, pri čemu je U unutarnja gravitacijska potencijalna energija (negativna), H0 Hubbleova konstanta, a LɅ ono što naziva Lambda (Ʌ) luminozitet.
Budući da je Hubbleova konstanta vrlo mala, autor ističe da je laboratorijska provjera izravno vrlo teško izvediva. Glavni oslonac za postojanje procesa zato traži u astrofizici i geofizici. U zvijezdama poput Sunca učinak je, prema njegovu opisu, “prekriven” energijom fuzije, dok u bijelim patuljcima i neutronskim zvijezdama postaje iznimno velik, čak veći od Sunčeva sjaja. Na toj osnovi autor dodaje da bi se novi modeli gravitacije i kozmologije mogli graditi na LɅ, pri čemu bi energija oslobođena iz gravitacijske energije cijelog svemira mogla igrati ulogu Einsteinove izvorne kozmološke konstante Ʌ i spriječiti kolaps svemira u singularnost. U tom okviru gravitacija se prikazuje kao “druga strana” istog procesa.
Poveznicu s nastankom Mjeseca autor gradi geofizički, preko dinamike Zemljina plašta. Navodi da je mehanizam povlačenja subducirane ploče, koji se dugo smatrao glavnim pogonom konvekcije plašta, posljednjih godina doveden u pitanje, jer hladne litosferne ploče možda ne tonu do donjeg plašta u onoj mjeri u kojoj se ranije pretpostavljalo. U tom kontekstu predlaže da bi Lambda luminozitet mogla pokretati tektoniku ploča oslanjajući se ponajprije na uzlazne struje iz plašta, bez nužne uloge duboke subdukcije.
U tom scenariju minerali koje uzlazne struje plašta prenose prema gornjem plaštu prelaze u faze niže gustoće zbog smanjenja tlaka. Ako taj učinak nije u potpunosti uravnotežen subdukcijom, posljedica bi bio iznimno malen, ali kumulativan godišnji porast Zemljina radijusa i volumena. Autor navodi da su satelitska mjerenja pronašla indikacije koje su u skladu s takvim povećanjem. U ranoj proto-Zemlji, dodaje, znatan dio Ʌ energije oslobađao se u jezgri, a u odsutnosti tektonike ploča i njezina rashladnog učinka energija se mogla gomilati milijunima godina, sve dok nije dosegnuta razina potrebna za događaj izbacivanja materijala u orbitu.
Time se, prema autoru, dobiva izvor energije, ali ostaje pitanje fokusiranja. Zašto bi se energija pretvorila u kataklizmičnu eksploziju baš na jednom mjestu. Odgovor traži u novijim spoznajama o LLVP strukturama i njihovoj ulozi u evoluciji planeta. Riječ je o dvjema antipodnim, “kontinentalnim” strukturama na granici jezgre i plašta, jednoj ispod Pacifika i jednoj ispod Afrike, čije je podrijetlo dugo bilo nejasno. U literaturi su opisivane kao nakupine subduciranih litosfernih ploča, ostaci bazalnog oceana magme ili čak materijal Teje.
U nekim novijim seizmološkim istraživanjima, navodi autor, LLVP se ne prikazuju kao pasivne, nepokretne strukture, nego kao organizirani sustavi termokemijskih uzlaznih struja u plaštu. Takvo tumačenje u skladu je s modelima globalnog toplinskog toka koji uključuju dvije antipodne toplinske anomalije u dubokoj unutrašnjosti Zemlje. U tom okviru LLVP bi mogli djelovati kao kanali ne samo za prijenos topline iz jezgre, nego i za transport elemenata iz jezgre, poput željeza, kisika i vodika.
Na toj osnovi autor rekonstruira slijed događaja u ranoj povijesti Zemlje. Prema njegovu modelu, ubrzo nakon formiranja proto-Zemlje proces koji naziva Lambda luminizitetom započeo je kontinuirani prijenos topline prema jezgri. Time je nastao zagrijani ekvatorijalni pojas u vanjskoj jezgri, kao i dvije antipodne proto-LLVP strukture na granici jezgre i plašta. Te su strukture, opisane kao dinamični termokemijski sustavi, postupno mehanički i toplinski oslabljivale nadležni plašt, stvarajući uvjete za kasniji događaj izbacivanja materijala. Energija se pritom akumulirala unutar LLVP područja, gdje su se formirale superkritične zone obogaćene zagrijanim lakim elementima. Eksplozivni događaj u proto-pacifičkom LLVP, koji autor uspoređuje s procesima sličnima dubokim kimberlitnim erupcijama, izbio je materijal plašta, kore i same LLVP strukture u nisku orbitu oko Zemlje, gdje je potom došlo do formiranja Mjeseca.
U završnom dijelu autor širi ulogu LɅ na cjelokupnu evoluciju planeta. Proces opisuje kao dugotrajan i neprekidan te iznosi tvrdnju da je bio uključen u većinu velikih događaja masovnog izumiranja u Zemljinoj prošlosti, uz mogućnost da će imati ulogu i u budućnosti. Kao smjer daljnjih istraživanja navodi hipotezu da bi tektonsko uzdizanje Himalaje moglo predstavljati ranu fazu sljedećeg velikog geodinamičkog poremećaja. Istodobno ističe i potencijalno povoljan aspekt LɅ, spor porast radijusa gravitacijskih orbita tijekom geološkog vremena, za koji, prema njegovu tumačenju, već postoje opažački pokazatelji. Takav bi proces, dodaje, mogao produljiti razdoblje nastanjivosti Zemlje jer bi postupno udaljavanje planeta od Sunca ublažilo učinke njegova dugoročnog rasta.
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.
