Megtalálták egy legendás bolygó nyomait

A jelenleg legelfogadottabb hipotézisek szerint a Hold a Földet ért óriás becsapódás következtében kidobott anyagból tömörülhetett össze

A Hold a hozzánk legközelebbi égitest, keletkezésének titkát azonban mindeddig nem sikerült megfejteni. A jelenleg legismertebb elmélet szerint nem sokkal a Naprendszer keletkezése után egy óriási, Mars-méretű égitest csapódott a Földbe, és ennek anyagából, illetve a Földből kiszakadt anyagból állt össze a Hold. Most német kutatók – az Apollo-programban a Földre hozott holdkőzeteknek köszönhetően – újabb bizonyítékot találtak a becsapódásos hipotézis mellett.

A Földbe becsapódó testet Szeléné Hold-istennő anyjáról Theiának keresztelték el, ennél többet viszont alig tudunk róla, különösen a kémiai összetételét fedi homály. A legtöbb modell szerint a Hold anyagának jelentős része, akár mintegy 70 százaléka is a Theiából származhat.

A Naprendszer minden bolygójának saját, rá jellemző izotóp-összetétele van. (Az izotópok egy bizonyos kémiai elem atomjainak kissé eltérő, rendszerint radioaktív változatai.) Joggal feltételezhető, hogy a Theia izotóp-összetétele is csak rá jellemző lehetett. Korábban azonban a Holdon nem találtak a Földétől eltérő összetételben, tehát vélhetően a Theiára jellemző arányban izotópokat. A Föld és a Hold kémiai szempontból nagyon hasonlónak mutatkozott.

A jelenleg legelfogadottabb hipotézis szerint a Hold a Földet ért óriási erejű becsapódás következtében kidobott anyagból tömörülhetett össze Forrás: NASA

Német kutatók, Daniel Herwartz (Göttingeni Egyetem és Kölni Egyetem) és szerzőtársai azt állítják, hogy a Holdról származó kőzetmintákban most a Theiára utaló jeleket találtak. Az ősi holdanyag oxigénizotópjainak arányát vizsgálták, ami azért szerencsés választás, mert az oxigén izotópjainak aránya bolygóról bolygóra jelentős eltéréseket mutat, annyira, hogy a geokémikusok a minták izotóp-összetétele alapján meg tudják mondani, hogy az anyag a Naprendszer melyik részéről származik. A minták természetesen az Apollo-program során kerültek a Földre. A vizsgálat során a NASA által a kutatók rendelkezésére bocsátott, három különböző leszállóhelyről származó mintákat elemeztek.

Az Apollo-program során gyűjtött kőzetminták elemzése még közel fél évszázad múltán is új eredményekkel gazdagítja a tudományt. John Young felvételén társa, Charles Duke a Plum-kráter szélén kőzetmintát gyűjt – a most vizsgált darabok is a környékről származnak Forrás: John W. Young, Apollo 16 Crew, NASA

A három holdi minta az Apollo–11, –12 és –16 leszállóhelyeiről, az 1969–1972 közötti expedíciók gyűjtéseiből származott. A minták különböző típusú kőzeteket képviseltek, az Apollo–11 leszállóhelyéről magas titántartalmú bazaltot vizsgáltak. A földi összehasonlító minták a világ legkülönbözőbb helyeiről származtak, egyaránt voltak közöttük Kamcsatkáról és az Antarktiszról származó minták, de Norvégiában, az USA-ban, illetve az Eifel-hegységben és az Alpokban gyűjtött kőzeteket is megvizsgáltak. A kozmikus összehasonlítást kondrit típusú meteoritokkal végezték, legalaposabban egy szudáni meteorithullás darabjait elemezték, de Észtországban és Kínában hullott kondritokat is bevontak.

A kutatók az oxigén három stabil izotópját (16, 17 és 18 tömegszám), illetve ezek arányát tanulmányozták. Hangsúlyozzák, hogy a 17-es izotóp mindössze 0,04 százalék arányban van jelen a természetes oxigénben, mennyiségének mérésére világviszonylatban is csak nagyon kevés laboratórium alkalmas. A holdi és a földi kőzetek összetétele között kimutatott különbség roppant csekély volt, a 17-es oxigénizotóp esetében mindössze 12 ppm eltérést találtak, vagyis a földi mintákban egymillió atomja közül átlagosan 12-vel volt több az O17 atom, mint a holdkőzetekben. Az eltérés csekély, de kimutatható, ami az alkalmazott méréstechnika hihetetlen pontosságát dicséri.

A mérések értelmezését nehezíti, hogy a feltételezett Theia tömegét nem ismerjük, arra a különböző szerzők 0,025 és 0,45 földtömeg közötti értékeket adnak meg. Továbbá nem tudjuk, hogy a Theia becsapódását követően milyen mennyiségű és milyen izotóp-összetételű kozmikus anyag került meteoritok formájában a Földre.

A becsapódó test, a Theia tömege egyes modellek szerint akár a Föld tömegének felét is megközelíthette Forrás: H.Seldon

A kutatók azonban egyértelműen kimondják, hogy mérési eredményeik a Hold becsapódásos keletkezésének hipotézisét támasztják alá. A Föld és a Hold izotóparányai közötti csekély eltérést azzal magyarázzák, hogy az ős-Föld és a Theia a Naprendszer keletkezése során a Nap körül koncentrálódó anyagnak, az úgynevezett protoplanetáris korongnak egymáshoz közeli részein tömörülhettek össze, így izotópjaik aránya között eleve kisebb lehetett a különbség, mint a Föld és a távolabbi bolygók hasonló jellemzői között. Véleményük szerint a Hold anyagának mintegy 50 százaléka származhat a Theiából, vagyis kevesebb, mint más kutatók modelljei szerint.

A kutatók eredményeikről a Science június 6-i számában jelentették meg cikkeiket. Ugyanitt egy nemzetközi kutatócsoport Thomas S. Kruijer (Münsteri Egyetem, Németország, és ETH, Zürich) vezetésével ugyancsak geokémiai méréseik eredményéről számolnak be, amelyek szintén a Naprendszer korai történetének eseményeit próbálják feltárni.

Vasmeteoritok öt különböző típusát vizsgálták, amelyek azokból a bolygókezdeményekből (planetezimálokból) származhatnak, amelyekből 0,6–2 millió évvel a Naprendszer keletkezése után megkezdődött a ma létező bolygók magjainak összeállása. A kutatók eredményei szerint ez a folyamat az eddig feltételezettnél gyorsabban zajlott le, körülbelül egymillió év alatt be is fejeződött, ami a Naprendszer 4,6 milliárd éves korához képest valóban gyorsnak mondható. Ezt korábban mások is sejtették, de Kruijer és munkatársai a kozmikus sugárzás hatását is figyelembe vették, e korrekcióval eredményeik pontosabban a korábbiaknál. Elsősorban a wolfram 182-es tömegszámú izotópját vizsgálták. A mérések pontossága ebben az esetben is figyelemre méltó, az adott izotóp a különböző vasmeteorit-csoportokban mindössze 5 és 20 ppm közötti mennyiségben volt jelen, vagyis a minta egymillió atomja közül 5–20 darab W182-t tudtak kimutatni.