Findes der en Jord/Måne 2.0?

[BjarneModerator Super Nova]

Mens vi venter på at TESS finder en Jord 2.0 er det værd at overveje sandsynlighede for at finde en Jord 2.0 med en måne som Jordens måne. Jeg kan i denne forbindelse henvise til en meget interessant artikel i august 2018 nummeret af Sky and Telescope af Javier Barbuzano. Apollo prøverne viste i 1970’erne, at Månens sammensætning svarede til Jordens kappe, samt at Månen var knastør. Den mest populære forklaring var, at Månen blev dannet ved et sammenstød mellem en proto-Jord og en planet, som fik navnet Theia. Denne forestilling blev begrundet ved, at forekomsterne af oxygen-16, oxygen-17 og oxygen-18 er som for Jordens kappe. Atomkernen for oxygen-16 indeholder 8 protoner og 8 neutroner. Oxygen-17 og oxygen-18 indeholder henholdsvis 9 og 10 neutroner ud over de 8 protoner. Der er i de mellemliggende år sket en stor forbedring i nøjagtigheden for bestemmelsen af isotopforhold.

Nye analyser af måneprøverne viser, at vulkanske glasperler indeholder både vand og andre flygtige grundstoffer som kulstof. Månevulkanismen for 3.5 milliarder år siden adskiller sig ikke fra jordisk vulkanisme fra den midtatlantiske ryg. Man har desuden bestemt isotopforholdene for oxygen med ti gange så stor nøjagtighed som tidligere. Der er stadig ikke nogen signifikant forskel mellem Jordens kappe og Månen. Men der er en kæmpestor forskel mellem isotopforholdene for Mars og Jorden. Dynamiske modeller for planeters dannelse viser, at det er umuligt at få dannet to protoplaneter med de samme isotopforhold. Den oprindelige model for sammenstødet mellem Theia og Jorden viser, at Jorden og Månen burde have forskellige isotopforhold. Det ville dog styrke argumentationen, hvis man kendte isotopforholdene for Venus, men dette er lettere sagt en gjort.

Simon Lock og Sarah Stewart har imidlertid fundet et sammenstød, som forklarer de ens isotopforhold for Jorden kappe og Månen. Men der kræves et centralt stød mellem Theia og en hurtigt roterende protojord (en periode på 2 timer). Resultatet af det centrale stød er en hurtigt roterende torus af fordampede silikater, idet Theias jernkerne smelter sammen med protojordens jernkerne og synker mod centrum. Den roterende torus af varme silikater trækker sig sammen, idet der dannes kondensater, som støder sammen under dannelsen af Månen. Dette forklarer naturligt de samme isotopforhold for Månen og Jordens kappe.

Men modellen har det problem, at den forudsætter nogle helt specielle begyndelsesbetingelser, som kan forekomme ganske usandsynlige. Jordens måne har haft den betydning, at den har stabiliseret jordaksens hældning, så man har undgået de helt store klimavariationer.

[BjarneModerator Super Nova]

Nu har Månens isotopforhold selvfølgelig ingen direkte betydning for stabiliseringen af jordaksens hældning. Artikle omtaler desværre ikke betydningen af Jordens magnetfelt. Jordens kraftige magnetfelt hindrer, at solvinden når ned til atmosfæren. Hverken Venus eller Mars har i dag et kraftigt magnetfelt. Dette betyder, at begge planeter har haft et stort tab af hydrogen til rummet. Jordens magnetfelt frembringes af konvektion i dens flydende jernkerne. Konvektion kræver en tilstrækkelig høj temperatur, som sænkes netop via varmetransport i form af konvektion. Hvorfra stammer jordkernens høje temperatur? Hvis et centralt sammenstød mellem Theia og en hurtigt roterende protojord kan fordampe de to planeters silikatkapper, kan det garanteret også opvarme de to jernkarner til en meget høj temperatur, som kan drive en konvektion indtil i dag. Men er et centralt sammenstød en nødvendighed?

Venus har i dag ikke et kraftigt magnetfelt. Skyldes dette planetens langsomme rotation eller en manglende konvektiv jernkerne? Sagen kunne sandsynligvis opklares ved placering af seismometre på Venus’ overflade.

[BjarneModerator Super Nova]

Artiklen i Sky and Telescope er baseret på denne artilel af Cuk, Hamilton, Lock og Stewart:
Tidal evolution of the Moon from a high-obliquity, high-angular-momentum Earth

In the giant impact hypothesis for lunar origin, the Moon accreted from an equatorial circum-terrestrial disk; however the current lunar orbital inclination of 5 degrees requires a subsequent dynamical process that is still debated. In addition, the giant impact theory has been challenged by the Moon’s unexpectedly Earth-like isotopic composition. Here, we show that tidal dissipation due to lunar obliquity was an important effect during the Moon’s tidal evolution, and the past lunar inclination must have been very large, defying theoretical explanations. We present a new tidal evolution model starting with the Moon in an equatorial orbit around an initially fast-spinning, high-obliquity Earth, which is a probable outcome of giant impacts. Using numerical modeling, we show that the solar perturbations on the Moon’s orbit naturally induce a large lunar inclination and remove angular momentum from the Earth-Moon system. Our tidal evolution model supports recent high-angular momentum giant impact scenarios to explain the Moon’s isotopic composition and provides a new pathway to reach Earth’s climatically favorable low obliquity.

 

[BjarneModerator Super Nova]

https://www.seti.org/our-scientists/matija-cuk
er førsteforfatter på artiklen.

[BjarneModerator Super Nova]

Sky and Telescope er igen kommet til hjælp med at besvare spørgsmålet: Hvorfor har Venus ikke et magnetfelt? Det viser sig, at den langsomme rotation ikke er forklaringen. Forklaringen må være en manglende konvektion i den flydende del af jernkernen. Radarbilleder af Venus har vist, at der ikke foregår pladetektonik på overfladen. Jordens pladetektonik er drevet af konvektion i Jordens kappe, som igen skyldes varmetilførsel fra den konvektive jernkerne. Dette kan skyldes, at Venus’ jernkerne er fast, idet varmeledning transporterer meget mindre varmeenergi end konvektion. Men hvorfor skulle Venus være afkølet så meget hurtigere end Jorden? Det er mest sansynligt, at Venus også har en flydende jernkerne, men at den flydende jernkerne på en eller anden måde er blevet isoleret fra kappen. En sådan varmeisolering kan både forklare det manglende magnetfelt og den manglende pladetektonik. Artiklen foreslår, at planetens dannelse har en afgørende betydning. Er planeten dannet ved indfangning af forholdsvis små protoplaneter, eller er dannelsen blevet afsluttet med en fuldtræffer af en større protoplanet? Nedsynkning af materiale fra små protoplaneter gennem kappen fører til dannelsen af et overgangsområde med en lagdeling med en voksende massetæthed. Disse lag med voksende tæthed stopper effektivt kernens konvektionsceller i at nå op til kappen, hvorfor kernen ikke afkøles, så konvektionen stopper både i kernen og i kappen. Denne tilstand forstyrres helt af Theias centrale stød, som opvarmer både kappen og kernen. Månens dannelse ser altså ud til at have en afgørende betydning for Jordens magnetfelt.

https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/why-is-earth-magnetized-and-venus-not-magnetized/

[BjarneModerator Super Nova]

Dette betyder, at “jordlignende” planeter ikke normalt vil få et kraftigt magnetfelt, som kan beskytte atmosfæren mod tab af vand til rummet. Der kræves en Jord/Måne 2.0.

[Forfatter]

Indlæg