Wiecie, kim była Thea? W greckiej mitologii to jedna z tytanek i matka Selene, bogini Księżyca. Jej postać została wykorzystana przez twórców tzw. teorii wielkiego zderzenia. To naukowa hipoteza, która ma wyjaśniać powstanie naszego naturalnego satelity.

Według tej teorii ok. 4,5 mld lat temu, gdy Ziemia była jeszcze bardzo młoda, doszło do iście kosmicznej katastrofy. Na jej orbicie znajdowało się wówczas inne potężne ciało niebieskie, które miało wielkość dzisiejszego Marsa. Glob ten, nazywany Theą, podlegał oddziaływaniu grawitacyjnemu dwóch planet – Jowisza i Wenus, które destabilizowały jego ruch. Ostatecznie rozpędzona Thea uderzyła w Ziemię z prędkością 4 km/s i pod kątem 45 st.

Na Ziemi nie było jeszcze wówczas życia, co nie oznacza, że rezultat zderzenia nie był spektakularny. Wyrzucone w przestrzeń kosmiczną odłamki skalne zaczęły orbitować wokół naszej planety, aż uformowały się w doskonale nam znane ciało niebieskie – Księżyc.

Obrót synchroniczny

Od tej pory Księżyc jest naszym wiernym towarzyszem. To jedyny glob inny niż Ziemia, na którym stopę postawił człowiek. Poza okresem, kiedy znajduje się w nowiu, możemy go cały czas podziwiać gołym okiem. Jednak nie w całości.

Jak wiele innych księżyców w Układzie Słonecznym obrót Księżyca jest zsynchronizowany z obrotem Ziemi. Oznacza to, że satelita krąży wokół naszej planety w takim samym tempie, w jakim wiruje wokół własnej osi. W rezultacie przez cały czas patrzymy tylko na jedną jego stronę – nazywaną widoczną. Strona przeciwna – niewidoczna – została sfotografowana po raz pierwszy w roku 1959 r. przez radziecką sondę Łuna 3.

I wtedy na jest wyszła na jaw niespodzianka: strona niewidoczna Księżyca jest zupełnie inna od tej, którą obserwujemy na co dzień.

Morza księżycowe    

Jak możemy się przekonać patrząc gołym okiem na Księżyc, sporą jego część (ok. 31 proc.) zajmują duże ciemne obszary. Są to tzw. morza księżycowe – ogromne obszary zestalonej magmy.  Za ich ciemny kolor odpowiada bazalt powstały z zastygłej lawy.

Jednak na niewidocznej stronie satelity praktycznie nie ma mórz księżycowych. Jego powierzchnia jest jaśniejsza, a płaszcz grubszy. Skąd ta różnica? Dlaczego lawa oblewała tylko jedną część Księżyca – tę widoczną z Ziemi?

Pierwiastki radioaktywne

Odpowiedzi na to pytanie dostarczyła wyżyna zwana Procellarum KREEP. Jest to położony po widocznej stronie Księżyca obszar, w którym znajduje się nietypowo dużo potasu i fosforu, pierwiastków ziem rzadkich oraz pierwiastków radioaktywnych – uranu i toru. Rozpad promieniotwórczy tych ostatnich generuje ciepło – stąd naukowcy spekulowali, że to właśnie ono było przyczyną rozlewania się na połowie satelity mórz płynnej magmy.

Międzynarodowy zespół naukowców zbadał właśnie tę hipotezę. Geochemicy przygotowali mieszanki pierwiastków podobne do składu warstwy geologicznej KREEP, występującej na wyżynie Procellarum KREEP, oraz skał księżycowych. Następnie podgrzewali je w okresie od czterech do ośmiu dni w temperaturach między 1175 a 1300 st. Celsjusza.

Jak się topi Księżyc

Wynik był spektakularny. Nawet bez pierwiastków radioaktywnych mieszanka KREEP zmniejszała temperaturę topnienia skał księżycowych. Symulacje komputerowe zakładające obecność uranu i toru wykazały zaś, że w obecności pierwiastków radioaktywnych efekt ten byłby jeszcze silniejszy. Niższa temperatura topnienia mogła doprowadzić do powstania płynnej magmy, która następnie zastygła w morza księżycowe.

Dlaczego jednak rozkład pierwiastków na Księżycu jest nierównomierny? Zdaniem naukowców to właśnie rezultat zderzenia Thei z Ziemią. W czasie formowania się Księżyca pierwiastki radioaktywne znalazły się na widocznej stronie satelity.

Opisujący cały proces artykuł został opublikowany w czasopiśmie „Nature Geoscience”.