Odkud se vzal Měsíc? Podle nedávného výzkumu vědců z NASA mohl vzniknout během několika hodin
Vidíme ho každý den na obloze, a přitom přesně nevíme, kde se vzal. Náš Měsíc mohl podle nedávného výzkumu astronomů z Ames Research Centre NASA a vědců z Durhamské univerzity vzniknout nikoli za mnoho měsíců či let, ale za několik hodin. Výzkum vedl Jacob Kegerreis, který v Sillicon Valley pracuje na projektech NASA. V rozhovoru pro Radiožurnál řekl, že by jeho teorie mohla pomoci vysvětlit nakloněnou dráhu Měsíce.
Vědci se shodují na tom, že Měsíc pravděpodobně vznikl poté, co do Země před 4,5 miliardami let narazil objekt veliký asi jako planeta Mars. Náraz vyvrhl na oběžnou dráhu hmotu, ze které se později stal náš Měsíc. Překvapilo vás, že to celé mohlo trvat pouhých několik hodin?
Překvapení jsme byli. Díky výzkumu jsme například zjistili, že Měsíc mohl zpočátku Zemi obíhat úplně jinak a mít o dost jiné složení, než jsme si dříve mysleli. Jestli náraz vypadal přesně tak, jak jsme ho nasimulovali, ale zatím s jistotou říct nedokážeme.
Výzkum je nutné vnímat v kontextu mnoha různých teorií vzniku Měsíce, a abychom mohli některé potvrdit nebo vyvrátit, budeme muset pokračovat v dalších simulacích a přesnějších měřeních. Můžeme ale nově zkoumat spoustu možností, které se dříve jevily jako nepravděpodobné.
To, že za Měsíc může vesmírná srážka, si pak obecně myslíme hlavně kvůli jeho velikosti a tomu, jak velký má moment hybnosti, což je zjednodušeně energie, se kterou se Měsíc otáčí. Také máme vzorky měsíčních kamenů, které vědci prozkoumali a zjistili, že se zemským horninám velmi podobají.
Pusťme si teď společně vaši simulaci, která je asi tisíckrát citlivější než většina předchozích modelů… Hned na úvod vidíme ta dvě kulatá tělesa…
Tohle ještě není Země v dnešním významu, objektu říkáme „protozemě“. Během nárazu se její složení smíchá s tím menším tělesem, díky čemuž Země vyroste do své dnešní velikosti.
Sledujeme moment těsně před srážkou, můžete popsat, co se právě děje?
Tělesa se přibližují rychlostí devíti kilometrů za sekundu. Naráží do sebe a následují silné tlakové vlny, které se šíří celou planetou – na 3D simulaci dobře vidíte, jak dramatické vesmírné srážky jsou. V rané Sluneční soustavě k nim docházelo běžně.
Tento moment připomíná prak – po nárazu se většina vyvrhnutého materiálu vrací zpátky k Zemi. Menší část to ale naopak odpálí daleko na oběžnou dráhu. Díky tomu může nová družice dlouhodobě zůstat pohromadě a vytvořit Měsíc.
Výjimečný superpočítač
To všechno by se odehrálo za pouhý den?
Ano, přesně tak. Mohlo to být jen několik desítek hodin, což je na astronomické poměry velmi krátká doba. Země a Měsíc se pak do dnešní podoby vyvinuly za několik miliard let. I kvůli tomu je tak těžké říct, jaká varianta vzniku Měsíce je nejpravděpodobnější.
Video, které jste popsal, v názvu zmiňuje superpočítač… V čem je stroj, který jste použili, tak výjimečný?
To je dobrá otázka, lidé se na ni často ptají na mých veřejných přednáškách. Superpočítač si můžete představit jako stovky až tisíce menších počítačů spojených do jednoho. Jsou velmi významné v moderní astronomii a v mnoha dalších oborech.
Výpočty nutné pro simulace podobné té, kterou jsme právě viděli, bychom zvládli spočítat i pomocí tužky a papíru, ale trvalo by to strašně dlouho. Zjišťujeme při nich, jak gravitace a tlak působí na hmotu, která má různou teplotu i hustotu, a můžeme díky nim zjistit, jak se budou tělesa v různých situacích pohybovat.
Program Artemis: Návrat člověka na Měsíc, zbudování stanice Gateway, hledání vody a mnohem víc
Číst článek
S týmem jsme napsali počítačový kód, který obrovské možnosti superpočítačů naplno využívá, a mohli jsme tak až tisíckrát zvýšit rozlišení simulace. Díky superpočítačům nám věda jde rychleji.
A kolik času zabrala superpočítači tato vaše simulace?
Je klíčové si uvědomit, že scénářů, které jsme najednou mohli testovat, byly stovky. Náročné výpočty se tak rozložily do různých částí velkého počítače. Jednotlivě by každá simulace zabrala až tři měsíce.
Výsledek vaší simulace se liší od starších pokusů, ve kterých Měsíc vzniká pomalu z mnoha malých částí. Před chvílí jsme sledovali, jak se nový Měsíc rovnou dostal daleko na oběžnou dráhu, skončil dokonce až za takzvanou Rocheovou mezí, která u Země představuje vzdálenost asi jeden a půl krát větší než zemský průměr. Právě proto se ve vašem scénáři Měsíc nerozpadl, ale zůstal pohromadě. Vy jste zmiňoval také složení Měsíce. Jak se podle výzkumu jeho struktura liší od předchozích domněnek?
To je dobrá, ale trochu komplikovaná otázka. Zabýváme se hlavně tím, kolik protozemského materiálu a materiálu z dopadajícího tělesa v dnešním Měsíci zůstalo. Určuje se to ale těžko, protože není jasné, jak přesně objekt, který do protozemě narazil, uvnitř vypadal.
Nevíme ani, jak věrně naše měsíční vzorky odpovídají celkovému složení Měsíce. V našem detailním scénáři ale vidíte, že se místo důkladného promíchání materiálu mohla velká část hmoty z dopadajícího tělesa dostat blízko k měsíčnímu jádru. Vnější vrstvy by se tak velmi podobaly Zemi, což by vzorkům hornin odpovídalo. Tyhle podobnosti ale mohly vzniknout i časem.
Měsíční dráha
Materiálu z protozemě je v Měsíci podle vašeho scénáře až dvakrát více než ve starších modelech, znamená to, že je vaše verze pravděpodobnější než jiné?
Mohlo by to tak být. Musím znovu připomenout, že je tu pořád hodně nejasností. Náš scénář by ale některé z nich mohl pomoci řešit. Jedna taková záhada je například malé množství železa ve struktuře Měsíce.
Další je třeba problém sklonu měsíční dráhy, díky kterému je to celé ještě zajímavější, ale komplikovanější zároveň.
A v čem je tedy sklon měsíční dráhy zvláštní?
Souvisí to se Zemí. Kdyby se Měsíc vytvořil z disku prachu okolo zemského rovníku, mohli bychom trochu naivně předpokládat, že by tam zůstal, takže by úhel zemské rotace byl stejný jako úhel měsíční trajektorie okolo Země. Tak to ale není.
‚Co se děje na nebi.‘ Komise expertů při NASA prověří záznamy o nevysvětlitelných jevech na obloze
Číst článek
Vysvětlit sklon měsíční dráhy je mimořádně složité. Existuje několik teorií, doteď jsme ale nevěděli, že Měsíc mohl mít nakloněnou dráhu už od začátku, což by nám mohlo pomoci elegantně vysvětlit to, co dnes pozorujeme.
Existují ale i další teorie, týkají se například množství těžkých objektů, které se mohly Zemi a Měsíci v jejich raném vývoji přiblížit. Jak tyto teorie vysvětlují nakloněnou dráhu Měsíce?
Víme, že kolem Země toho létalo opravdu hodně. Dokonce si myslíme, že ještě před srážkou, která vytvořila Měsíc, do Země narazilo 10 až 12 dalších obřích objektů, díky nimž planeta postupně rostla. Mezi mnoha tělesy, jež okolo Země proletěla, mohly být větší protoplanety. Jejich gravitace by Měsíc vytlačila z oběhu okolo rovníku.
Pak je tu také model zvaný Synestia, podle něhož sice Měsíc na začátku okolo rovníku obíhal, ale samotný rovník byl nakloněný jinak než dnes. Všechno to jsou zajímavé možnosti a některé z nich by mohly platit i v našem modelu.
Nehledě na to, jaká z nich se potvrdí, nám podobné výzkumy nesmírně pomáhají porozumět tomu, jak planety obecně vznikají, a to nejenom v naší Sluneční soustavě, ale i v systémech okolo jiných hvězd. Díky procesům, kterými se zabýváme, vzniká spousta nových světů, a ty pak můžeme pozorovat.
Program Artemis
Jste teď v Silicon Valley, kde pracujete na projektech Ames Research Center NASA. Mohly by nějaké nové programy vaší organizace pomoci zúžit velký počet možností vzniku Měsíce, o kterých jsme se bavili?
Jednoznačně. Původ Měsíce je velmi multidisciplinární vědecké téma. Zlepšují se zmíněné simulace, nové vědecké práce nám pomáhají lépe porozumět materiálům a jejich chování v agresivním prostředí, a vědci také zkoumají to, jak by výsledky našich simulací vzniku Měsíce ovlivnily jeho další vývoj.
Nové mise NASA na Měsíc v rámci programu Artemis by nám mohly pomoci přesněji prozkoumat, z čeho se Měsíc skládá, a jiné studie nám pomohou zjistit, jak se vyvíjela Země samotná.
Procesy, které se odehrávají na Měsíci a na Zemi, nás toho mohou naučit opravdu hodně nejen o těchto dvou tělesech, ale i o tom, co se v různých situacích děje jinde, například na dalších planetách.
Mluvil jste o tom, jak moc se tyto výzkumy týkají celého vesmíru. Myslíte si, že mohou poznatky o vesmírných srážkách také přispět k vyřešení záhad naší vlastní existence?
To je skvělá otázka. Samotný Měsíc je tím, že zřejmě dlouhodobě stabilizuje zemskou rotaci, velmi důležitý pro vývoj Země a života na ní. Kromě velkých kolizí, jako je ta, která vedla k vytvoření Měsíce, dodnes atmosférou prolétává mnoho asteroidů.
Startuje program Artemis. NASA vyšle raketu, která má bez posádky obletět Měsíc za 42 dní
Číst článek
Je možné, že právě tyto menší kolize vytvořily v minulosti na Zemi takové podmínky, aby na ní mohl vzniknout život. Pořád toho dost nevíme, výzkum vesmírných srážek je ale jedním z dílů komplikované skládačky, která by vysvětlila, kde jsme se tu vzali. Mohla by nám také napovědět, jak by to s životem mohlo vypadat na jiných planetách.
Do NASA a Spojených států jste se přesunul teprve nedávno. Jak se vám žije v pro vás nové vědecké kultuře?
Na Americe, ale i na Británii, ze které pocházím, se mi nejvíce líbí, jak moc je vědecká kultura založená na spolupráci. Vědci sem přichází z celého světa, aby dohromady řešili významné problémy.
I přes kulturní rozdíly jsem ve všech zemích, které jsem jako vědec navštívil, vnímal ten stejný duch pospolitosti společenství vědců, které se pouští do všech těchto vzrušujících otázek.
