Hafði jörðin eitt sinn tvö tungl?

Um árabil hafa tvær ráðgátur um tunglið valdið stjörnufræðingum heilabrotum: Hvers vegna er skorpan á fjærhlið tunglsins þykkari en á nærhliðinni og hvers vegna finnst svokallað KREEP basalt aðeins á nærhliðinni?

Með berum augum sést að yfirborð tunglsins skiptist í tvennt. Ljósu svæðin eru hálendi en dökku svæðin dældir sem kallast höf þótt skraufþurr séu. Tunglhöfin eiga þannig ekkert skylt við jarðnesku höfin. Þau eru stórar, dökkar basaltsléttur sem urðu til þegar kvika, óvenju járn- og títanrík, vall upp á yfirborðið fyrir langa lögu.

Þegar sovéska geimfarið Luna 3 tók fyrstu ljósmyndirnar af fjærhlið tunglsins árið 1959 kom það vísindamönnum mjög á óvart að sjá þar nánast engin höf — aðeins hálendi. Í ljós kom að skorpan á fjærhliðinni er 50 km þykkari að meðaltali en skorpan á nærhliðinni. Hvers vegna?

Fjærhlið tunglsisn er að mestu hálendi. Mest áberandi er dökkleit dæld á suðurhvelinu, Suðurpóls-Aitken, stærsti árekstrargígur sólkerfisins. Myndin var tekin með Lunar Reconnaissance Orbiter.

Á tunglinu finnst aðeins storkuberg. Það segir okkur að tunglið var eitt sinn albráðið. Með tímanum storknaði kvikuhafið og þyngri efni sukku niður á við. Nærhliðin er ekki aðeins þynnri heldur líka miklu ríkari af svonefndu KREEP basalti. KREEP stendur fyrir kalíum (K), sjaldgæf jarðefni (rare-earth elements, REE) og fosfór (P). Segja má að það sé dreggjar kvikuhafsins því það storknaði seinast í lagi undir skorpunni.

Samkvæmt nýrri tilgátu sem greint er frá í nýjasta hefti Nature hafði jörðin eitt sinn tvö tungl: Mánann sem við sjáum reglulega á himninum og smærra systurtungl sem síðan runnu saman. Sé tilgátan rétt skýrir hún ósamræmið milli nærhliðar og fjærhliðarinnar.

Sönnunargögn sem aflað var í Apollo tunglferðunum benda til þess að tunglið hafi myndast við árekstur hnattar á stærð við Mars við jörðina. Áreksturinn varð innan við 100 milljónum ára eftir að jörðin hóf að myndast og skýrir kenningin til dæmis möndulhalla jarðar. Úr árekstrarleifunum varð fyrst til hringur umhverfis jörðina sem síðan hnoðaðist saman og myndaði mánann. En urðu kannski fleiri smátungl til við áreksturinn? Hugsanlega. Alla vega þykir tveimur bandarískum vísindamönnum það líklegt.

Tilgátan er byggð á mjög vandasömum tölvuútreikningum um risaáreksturinn sem myndaði tunglið. Samkvæmt þeim var systurtunglið þrettán sinnum massaminna en máninn og um þrisvar sinnum smærra að þvermáli. Eftir myndun þess staðnæmdist það á svonefndum Lagrange kyrrstöðupunkti í geimnum. Á braut mánans eru þessir punktar stöðugastir 60 gráðum fyrir framan og aftan mánann. Þar hefði systurtunglið getað enst nógu lengi til þess að skorpur þess og mánans storknuðu en KREEP lagið væri enn fljótandi.

Með tímanum (tugi milljónir ára) geta Lagrange punktarnir orðið óstöðugir vegna flóðkrafta frá jörðinni og þyngdartogs frá sólinni. Þegar það gerist byrjar allt sem þar lúrir að reka burt. Í þessu tilviki byrjuðu hnettirnir tveir að nálgast hvor annan. Hnettirnir deila sömu braut og því verður samruninn (áreksturinn) óvenju hægfara og stendur yfir í nokkrar klukkustundir. Smærra tunglið lætur undan þyngdarkrafti stærri hnattarins. Það tvístrast og nánast leggst yfir fjærhlið mánans eins og filma. Það myndi skýra hvers vegna skorpan á fjærhliðinni er þykkari en á nærhliðinni.

Við áreksturinn kom höggbylgja hreyfingu á innviði mánans. Við það „þrýstist“ KREEP lagið í átt að nærhliðinni og skýrir hvers vegna það einskorðast við hana.

Umræddir vísindamenn telja þetta líklegustu skýringuna á ósamræminu milli nær- og fjærhliða tunglsins. Aðrar tilgátur hafa verið settar fram, til dæmis að ástæðan sé flóðkraftar jarðar og hitun innviðisins eða áreksturinn öflugi sem myndaði Suðurpóls-Aitken dældina, stærsta árekstrargíg sólkerfisins. Um þetta ríkir þó enginn einhugur.

Þetta er skemmtileg hugmynd en það vantar frekari sönnunargögn til að segja af eða á um hana. Okkur sárvantar t.a.m. sýni af fjærhlið tunglsins. Allt tunglgrjót sem Apollo tunglfararnir söfnuðu kemur af nærhliðinni, mestmegnis úr höfunum. Aðeins einn leiðangur var gerður á hálendið. Ef til vill er biðin löng eftir nýjum sýnum, því miður.

Okkur bráðvantar líka betri upplýsingar um innviði tunglsins og þess er stutt að bíða. Í september næstkomandi verður GRAIL sent á braut um tunglið og mæla þyngdarsvið þess. Þannig má draga upp mynd af innviðum tunglsins með meiri nákvæmni en nokkru sinni fyrr.

Þegar öllu er á botninn hvolft er tunglið áhugaverður hnöttur sem við eigum svo margt eftir ólært um.

Ítarefni

• Tunglið
• Myndun tunglsins
• GRAIL 

- Sævar