月は地球と近くの双子の間のスマッシュアップで形成された| 科学| スミソニアン - 記事、科学、宇宙

月は火星サイズの物体と初期の地球の衝突で生まれましたが、それを超えて、毎晩私たちの空に見られる世界についてはまだ謎です。月の岩石のサンプルを収集した6人の宇宙飛行士の訪問を含む61のミッションの後、失われた惑星の残り物から月がどれだけ作られ、地球からどれだけ盗まれたかなど、多くの疑問が残っています。これらの質問に答えることで、両方の天体の進化について新たな洞察を得ることができます。

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現在、フランスとイスラエルの科学者たちは、原始地球に衝突した小さな体が、おそらく私たちの故郷の世界と同じようなものでできていたという証拠を発見しました。また、彼らのコンピューターモデルによると、初期の地球に衝突したものが近くに形成された場合、月の物質の現在の組成が最もよく説明されます。 2つの追加の研究は、小さな原始惑星が若いシステムに砲撃を続けたため、両方の物体が余分な材料のベニアを構築したことを示唆していますが、地球はこの後のコーティングの多くを拾い上げました。

「巨大な衝撃仮説」によると、地球の現在の質量の約10分の1の惑星のような物体が私たちの惑星に激突したとき、約45億年前に月が形成されました。月の岩のシミュレーションと最近の研究は、月がたいていインパクター（Theiaと呼ばれる）の残骸から作られるべきであることを示唆します。これは、岩のサンプルや鉱物の地図で見られるように、月が地球のマントルによく似た材料でできているように見える理由を説明するでしょう。

問題は、惑星が異なる組成を持つ傾向があることです。火星、水星、およびベスタなどの大きな小惑星はすべて、さまざまな元素の比率が多少異なります。タイアが太陽系の他の場所で形成された場合、その構造は地球のものとはかなり異なっているはずであり、月のバルク組成は地球のマントルにそれほど似てはならないはずです。

イスラエル工科大学のAlessandra Mastrobuono-BattistiとHagai Peretsは、難問を解決するために、40の人工太陽系のシミュレーションからのデータを分析し、以前の研究で使用されていたよりも多くのコンピューターパワーを適用しました。このモデルは、既知の惑星と仮想の数の微惑星を成長させた後、宇宙ビリヤードのゲームでそれらを解き放ちました。

シミュレーションは、地球、月、火星で観測された化学物質の混合に基づいて、太陽から遠く離れて生まれた惑星の酸素同位体の相対的な存在量が高くなる傾向があると想定しています。つまり、地球の近くで生まれた微惑星には、同様の化学的痕跡があるはずです。「彼らが同じ近所に住んでいる場合、彼らはほぼ同じ材料で作られます」とペレツは言います。

チームは、多くの時間（20〜40％）の大きな衝撃が、太陽から同じ距離で形成されたボディと同様のメイクアップを持つボディ間の衝突に関係していることを発見しました。今週のNatureで説明したように、この作品は、何かが入り込んで遠くからあなたを襲う可能性が低いという直感的な考えを裏付けており、月のバルク組成の説明に大いに役立ちます。

これまでのところは良いですが、それですべてを説明できるわけではありません。タングステン元素の豊富さに関連する長引くパズルがまだあります。この鉄好性元素、または鉄を好む元素は、時間の経過とともに惑星の中心に向かって沈み、それらが密接に形成されたとしても、その豊富さはさまざまな身体でより多様になります。これは、サイズの異なるボディが異なる速度でコアを形成するためです。衝突から少し混ざり合いますが、Theiaのタングステンが豊富なマントル材料のほとんどは軌道に投げ込まれ、月に取り込まれます。そのため、地球と月のタングステンの量は大きく異なります。

Natureにも掲載されている2つの独立した研究で、ドイツのミュンスター大学のThomas Kruijerとフランスのリヨン大学のMathieu Touboulは、月の岩石と地球の2つのタングステン同位体（タングステン184とタングステン182）の比率を調べました全体として。チームは、月の岩は地球よりわずかに多くのタングステン182を持っていると報告しています。

タングステンの特定の同位体は、元素ハフニウムの同位体の放射性崩壊に由来するため、これは興味深いものです。半減期は短く、約900万年です。そのため、鉄を好むタングステンはコアに向かって沈む傾向がありますが、ハフニウム同位体は表面近くに留まり、やがてタングステン182に変わります。それは、タングステン184や他の天然同位体の量に対して、惑星のマントルに過剰なタングステン182を残します。

地球と月の違いは比較的小さいです。2つの研究では、20〜27 ppmのレベルでそれを見つけます。しかし、その小さなシフトでさえ、多くの化学的微調整が必要になるとKruijer氏は言います。「タングステンを1パーセント程度変化させるだけで劇的な効果が得られます」と彼は言います。「唯一の解決策は、原始地球のマントルがTheiaと同様のタングステン182含有量を持ち、インパクターのコアが地球のものと直接融合した場合です。」

ただし、そうではありません。マントルよりも重いTheiaのコアの多くは地球の一部として残りますが、軌道に飛び込むとマントルは地球のものと混ざります。月が付着すると、さらに混合が起こります。 Theiaのコアとマントルの材料が月に変わる割合は偶然ですが、少なくともコアの材料が必要だったとKruijerは言います。 Touboulのチームは、同様の結論に達しました。Theiaの内臓が地球の周りを飛び回るので、タングステンの量の違いがランダムな混合によるものである場合、惑星と月はそれらよりもさらに異なっているはずです。

著者によると、最も単純な解決策は「後期ベニヤ」仮説のようで、地球と原始月が同様のタングステン同位体比で始まったことを示唆しています。地球は、より大きくてより重いので、衝撃の後、より多くの微惑星を引き付け続け、マントルに新しい物質を追加します。それらの微惑星のベニヤは、タングステン182に比べてタングステン184が多く、月は衝撃から生じた比率を維持していました。

「これは確かなデータのように見えます」とパリ物理学研究所の宇宙化学者であり天体物理学者であるフレデリック・モイニエは、電子メールで言います。「それは単に親鉄元素の元素の豊富さに基づいている後期ベニアの現在の理論に適合します（タングステンの中で）：現在の地球のマントルには単純に親鉄元素が多すぎます（それらはすべてコアにあるべきです）したがって、they石の衝突によるコア形成後に地球に運ばれたに違いありません。」

1つの謎が残っています：原始月が地球のタングステン比に一致するためには、TheiaとEarthは非常によく似たタングステン量で始まったに違いありません。そのパズルを解決することは、将来の惑星研究の仕事になるでしょうが、少なくとも今のところは、月の起源の物語は少し明確に見え始めています。