Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Giả thuyết vụ va chạm lớn”

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Thay đổi sau →
Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Trực quanMã wiki
(Không có sự khác biệt)

Phiên bản lúc 04:28, ngày 20 tháng 6 năm 2011

Mô tả về vụ va chạm giả định rằng đã hình thành nên Mặt Trăng

Giả thuyết vụ va chạm lớn cho rằng Mặt Trăng được tạo ra từ các mảnh vỡ để lại sau vụ va chạm giữa Trái Đất lúc trẻ với một vật thể kích cỡ sao Hỏa. Đây là giả thuyết khoa học đuợc ưa thích [1] cho sự hình thành Mặt Trăng. Bằng chứng của giả thuyết này bao gồm các mẩu đá Mặt Trăng cho thấy bề mặt từng nóng chảy, lõi sắt tương đối nhỏ, tỷ trọng thấp hơn Trái Đất của Mặt Trăng, và chứng cứ của các vụ va chạm tương tự trong các hệ sao khác (tạo nên đĩa vật chất). Vật thể va chạm đuợc đặt tên là Theia (hay Euryphaessa), một Titan Hy Lạp và là mẹ của Selene, nữ thần Mặt Trăng.[2][3]

Vẫn còn một số vấn đề chưa đuợc làm sáng tỏ xoay quanh giả thuyết này. Tỉ lệ đồng vị oxi của Mặt Trăng thực chất giống hệt như của Trái Đất, và không có bằng chứng nào chứng tỏ có sự góp mặt về thành phần của thiên thể nào [4]. Các mẫu vật Mặt Trăng cũng không có tỉ lệ được dự đoán nguyên tố dễ bay hơi, các oxit sắt, hoặc các nguyên tố ưa sắt, và không có chứng cứ nào cho thấy rằng Trái Đất từng có các đại duơng mắcma như giả thuyết nhắc đến.

Nguồn gốc

Năm 1898, George Howard Darwin cho rằng Trái Đất và Mặt trăng từng là một cơ thể thống nhất. Giả thuyết của Darwin là Mặt trăng nóng chảy đã bị kéo ra khỏi Trái Đất bằng lực ly tâm và trở thành lời giải thích nổi trội hơn cả [5]. Sử dụng cơ học Newton, ông tính toán rằng Mặt Trăng đã từng ở gần Trái Đất hơn trong quá khứ và đang chuyển động xa dần Trái Đất. Sự chuyển động này được chứng minh bởi các thí nghiệm sử dụng các mục tiêu đo khoảng cách bằng tia laze đặt trên Mặt Trăng của Mỹ và Liên Xô.

Tuy nhiên, phép tính của Darwin lại không giải quyết đuợc cơ chế cần để kéo Mặt Trăng trở lại bề mặt Trái Đất. Vào năm 1946, Reginald Aldworth Daly ở Đại học Harvard không thừa nhận lời giải thích của Darwin, cho rằng Mặt Trăng tạo thành là do một vụ va chạm hơn là lực ly tâm [6]. Sự phủ nhận của Giáo sư Daly ít được chú ý cho đến khi nó được giới thiệu lại tại một hội nghị về vệ tinh năm 1974. Sau đó nó được tái bản trong cuốn Icarus năm 1975 bởi Tiến sĩ William K. Hartmann và Donald R. Davis. Mô hình của họ cho rằng, vào cuối giai đoạn hình thành các hành tinh, những vật thể kích thước vệ tinh sau khi hình thành có thể va chạm với các hành tinh khác hoặc bị giữ lại. Họ cho rằng một trong các vật thể này có thể đã va chạm với Trái Đất, bắn tung lên các vật chất, bụi khí nghèo chất dễ bay hơi đã hợp nhất lại tạo thành Mặt Trăng. Cú va chạm này có thể giải thích các đặc tính địa lí độc nhất của Mặt Trăng [7].

Alfred G. W. Cameron và William Ward cũng đã đề xuất một đường lối tương tự, cho rằng Mặt Trăng đuợc tạo thành bởi vụ va chạm theo phuơng tiếp tuyến với một vật thể kích thước sao Hỏa. Lớp silicat ngoài của các vật thể va chạm hầu hết đã bốc hơi, để lại lõi kim loại. Do đó, hầu hết vật chất bắn lên quĩ đạo sẽ bao gồm silicat, làm Mặt trăng khi ngưng kết thiếu đi sắt. Những vật liệu dễ bay hơi hơn văng ra sau cú va chạm có thể thoát khỏi Hệ Mặt trời, khi mà silicat lại có xu huớng ngưng kết lại [8].

Theia

nhỏ|Một cách giải thích về "Big Splash" khi đuợc nhìn từ cực Nam. Tên của tiền hành tinh giả định đuợc lấy từ tên của Titan Hi lạp Theia, nguời sinh ra nữ thần Mặt Trăng Selene. Theo giả thuyết trên, Theia được hình thành cùng với các vật thể kích thước hành tinh khác trong Hệ Mặt trời khoảng 4.6 tỉ năm trước và có kích cỡ sao Hỏa.

Một giả thuyết cho rằng Theia hình thành tại điểm Lagrange L4 hoặc L5 gần Trái Đất (trên cùng một quĩ đạo và khoảng 60o trước hoặc sau), tương tự như một tiểu hành tinh trojan[9]. Sự ổn định của quĩ đạo Theia bị ảnh hưởng khi khối luợng của nó vượt nguỡng khoảng 10% khối lượng Trái Đất [1]. Sự nhiễu loạn trọng lực gây ra bởi các planetesimal làm Theia rời khỏi vị trí Lagrange ổn định, và các tương tác với tiền trái Đất xảy ra sau đó làm hai vật thể này va chạm với nhau.[1]

Các nhà thiên văn cho rằng vụ va chạm giữa Theia và Trái Đất xảy ra khoảng 4.53 tỉ năm trước, khoảng 30-50 triệu năm sau khi Hệ Mặt trời hình thành. Tuy nhiên, chứng cứ đưa ra vào năm 2008 cho rằng vụ va chạm có thể xảy ra chậm hơn, khoảng 4.48 tỉ năm trước.[10]

Sự va chạm

Trong điều kiện thiên văn, vụ va chạm sẽ có vận tốc trung bình. Theia chắc đã va chạm với Trái Đất ở một góc xiên khi cả hai hình thành gần như hoàn chỉnh. Mô hình máy tính của kịch bản "cú va chạm trễ" cho thấy góc va chạm là 45o và vận tốc va chạm ban đầu dưới 4 km/s [11]. Lõi sắt của Theia chìm vào lõi Trái Đất trẻ, và hầu hết lớp phủ của Theia cùng một phần lớp phủ và vỏ Trái Đất bị bắn tung lên quĩ đạo. Những vật liệu này nhanh chóng ngưng kết lại tạo thành Mặt Trăng (có thể nhiều hơn một tháng nhưng chưa tới một thế kỉ). Theo uớc tính dựa trên mô hình giả lập máy tính, khoảng 2% khối luợng ban đầu của Theia trở thành đĩa vật chất, và khoảng một nửa số vật chất này ngưng kết tạo thành Mặt Trăng. Trái Đất đã nhận một luợng đáng kể mômen động luợng và khối luợng từ vụ va chạm lớn như thế. Chưa kể đến độ nghiêng và sự quay của Trái Đất trước vụ va chạm, mất khoảng hơn một ngày và năm giờ để đuờng xích đạo trái Đất dịch chuyển gần hơn đến mặt phẳng quỹ đạo Mặt Trăng.

Các vật thể đáng kể khác được cho là đã đuợc tạo thành bởi vụ va chạm, và vẫn còn lại trên quỹ đạo giữa Mặt Trăng và Trái Đất, bị kẹt giữa các điểm Lagrange. Các vật thể như thế có thể đã tồn tại cùng hệ Mặt Trăng - Trái Đất cho đến khi lực kéo trọng trường của các hành tinh khác làm mất ổn định hệ đủ để giải phóng các vật thể này.[12]

Bằng chứng

phải|nhỏ|Hình động minh họa của Theia hình thành ở điểm L5 và sau đó va chạm. Quá trình đuợc diễn tả trong vòng 1 năm làm Trái Đất (trước va chạm), làm Trái Đất hầu như không chuyển động. Nhìn từ cực Nam. Bằng chứng gián tiếp của kịch bản va chạm này đến từ các loại đá được thu thập trong các cuộc hạ cánh xuống Mặt Trăng của chương trình Apollo, cho thấy tỷ lệ đồng vị ôxy giống với Trái đất. Thành phần khoáng vật giàu anorthosite của lớp vỏ Mặt Trăng, cũng như sự tồn tại của các mẫu giàu KREEP, đã dẫn đến ý tưởng rằng một phần lớn của Mặt trăng từng nóng chảy, và một cú va chạm lớn có thể dễ dàng cung cấp năng lượng để hình thành một đại dương mắcma như thế. Một vài bằng chứng cho thấy rằng nếu Mặt Trăng có lõi giàu sắt, nó phải nhỏ. Trong đó mật độ trung bình, momen quán tính, dấu hiệu của sự quay, và cảm ứng điện đều cho thấy bán kính của lõi ít hơn 25% bán kính Mặt Trăng, trái ngược với khoảng 50% của hầu hết các thiên thể khác. Điều kiện va chạm đuợc cho là đã tạo thành một Mặt Trăng cấu tạo từ hầu hết lớp phủ của Trái Đất và thiên thể va chạm, với lõi của thiên thể sát nhập với lõi Trái Đất, đã thoả mãn sự kìm hãm momen động lượng trong hệ Mặt Trăng-Trái Đất.[13]

Bụi khí ấm và giàu khí SiO, sản phẩm của vụ va chạm với vận tốc cao (>10 km/s) giữa hai thiên thể cấu tạo từ đá đã được phát hiện ở gần (khoảng 29 parsec) ngôi sao trẻ HD 172555 (khoảng 12 triệu năm tuổi) bởi Kính viễn vọng không gian Spitzer. Một vành đai bụi khí ấm thuộc khu vực giữa khoảng 0.25 AU và 2 AU của ngôi sao trẻ HD 23514 ở chòm Tua Rua giống như trên đã dự đoán được kết quả vụ va chạm giữa Theia và Trái Đất trẻ, và đuợc coi như là kết quả của các vật thể kích thước hành tinh va chạm với nhau [14], tương tự như với một vành đai bụi khí khác phát hiên xung quanh ngôi sao BD +20°307 (hay HIP 8920 hoặc SAO 75016).[15]

Khó khăn gặp phải

Giả thuyết về nguồn gốc Mặt trăng này gặp phải những khó khăn vẫn chưa thể giải quyết được, bao gồm:

  • Tỉ lệ đồng vị chất dễ bay hơi không đuợc giải thích trong thuyết vụ va chạm. Nếu giả thuyết trên là đúng, có thể là do nguyên nhân khác.[16]
  • Không có bằng chứng nào chứng tỏ rằng Trái Đất từng có một đại dương mắcma (như kết quả của giả thuyết), và có lẽ không tại vật chất mà chưa bao giờ được tạo nên bởi một đại dương măcma.[16]
  • Luợng oxit sắt (FeO) mà Mặt Trăng chứa chỉ khoảng 13%, ở mức trung bình giữa sao Hỏa (18%) và lớp phủ Trái Đất (8%), đã bác bỏ lời giải thích hầu hết vật chất của tiền Mặt Trăng đến từ lớp phủ Trái Đất.[17]
  • Nếu phần lớn vật chất của tiền Mặt Trăng có nguồn gốc từ vật thể va chạm thì Mặt Trăng sẽ giàu nguyên tố ưa sắt, mà thực chất Mặt Trăng lại hiếm các nguyên tố này.[18]
  • Sự hiện diện của chất dễ bay hơi như nuớc ở lớp đá bazan khó giải thích hơn nữa nếu vụ va chạm gây nên sức nóng cực độ.[19]
  • Tỉ lệ đồng vị phóng xạ oxi của Mặt Trăng giống hệt như của Trái Đất. Tỉ lệ đồng vị phóng xạ, có thể đuợc đo chính xác, sẽ cho thấy những đặc tính độc nhất và riêng biệt ở mỗi thiên thể. Nếu Theia là một tiền hành tinh riêng biệt, nó sẽ có đặc tính về đồng vị oxi khác với Trái Đất, cũng như vật chất trộn lẫn bắn ra sau cú va chạm.[4]

Giả thuyết khác

Bài chi tiết: Lịch sử của hệ Mặt Trời và giả thuyết tiến hoá § Thuyết về nguồn gốc Mặt Trăng, và l1Gỉ thuyết vụ va chạm lớn

Các cơ chế khác nhiều lần cho rằng Mặt trăng đã bị kéo ra khỏi bề mặt Trải Đất nóng chảy bởi lực ly tâm[5], hình thành ở một nơi nào đó và cuối cùng bị trọng trường Trái Đất giữ lại[20], hay Mặt Trăng hình thành tại sùng một thời điểm và cùng nơi với Trái Đất trên cùng một đĩa bồi tụ. Mỗi giả thuyết này lại thiếu đi cơ chế giải thích cho mômen động lượng lớn của hệ Mặt Trăng-Trái Đất.[21]

Xem thêm

Tham khảo

  1. ^ a b c Belbruno, E. (2005). “Where Did The Moon Come From?”. The Astronomical Journal. 129 (3): 1724–1745. arXiv:astro-ph/0405372. Bibcode:2005AJ....129.1724B. doi:10.1086/427539. Đã bỏ qua tham số không rõ |coauthors= (gợi ý |author=) (trợ giúp)
  2. ^ Halliday, Alex N. (28 tháng 2 năm 2000). “Terrestrial accretion rates and the origin of the Moon”. Earth and Planetary Science Letters. 176 (1): 17–30. Bibcode:2000E&PSL.176...17H. doi:10.1016/S0012-821X(99)00317-9.
  3. ^ Wiechert, U.; Halliday, A. N.; Lee, D.-C.; Snyder, G. A.; Taylor, L. A.; Rumble, D. (tháng 10 năm 2001). “Science”. Science. Science (journal). 294 (12): 345–348. Bibcode:2001Sci...294..345W. doi:10.1126/science.1063037. PMID 11598294. Truy cập ngày 5 tháng 7 năm 2009. Đã bỏ qua tham số không rõ |unused_data= (trợ giúp)Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
  4. ^ a b “Moonwalk” (PDF). Geological Society of London. tháng 9 năm 2009. Truy cập ngày 1 tháng 3 năm 2010.
  5. ^ a b Binder, A.B. (1974). “On the origin of the Moon by rotational fission”. The Moon. 11 (2): 53–76. Bibcode:1974Moon...11...53B. doi:10.1007/BF01877794.
  6. ^ Natland, James H. (2006). “Reginald Aldworth Daly (1871–1957): Eclectic Theoretician of the Earth”. GSA Today. 16 (2). doi:10.1130/1052-5173(2006)16.
  7. ^ Hartmann, W. K.; Davis, D. R. (tháng 4 năm 1975). “Satellite-sized planetesimals and lunar origin”. Icarus. 24 (4): 504–514. Bibcode:1975Icar...24..504H. doi:10.1016/0019-1035(75)90070-6.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
  8. ^ Cameron, A. G. W.; Ward, W. R. (tháng 3 năm 1976). “The Origin of the Moon”. Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference. 7: 120–122. Bibcode:1976LPI.....7..120C.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
  9. ^ Mackenzie, Dana (2003). The Big Splat, or How The Moon Came To Be. John Wiley & Sons. ISBN 9780471150572.
  10. ^ Halliday, Alex N (28 tháng 11 năm 2008). “A young Moon-forming giant impact at 70–110 million years accompanied by late-stage mixing, core formation and degassing of the Earth”. Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences. Philosophical Transactions of the Royal Society. 366 (1883): 4163–4181. Bibcode:2008RSPTA.366.4163H. doi:10.1098/rsta.2008.0209. PMID 18826916.
  11. ^ Canup, Robin M. (2004). “Simulations of a late lunar-forming impact”. Icarus. 168 (2): 433–456. Bibcode:2004Icar..168..433C. doi:10.1016/j.icarus.2003.09.028. Đã bỏ qua tham số không rõ |month= (trợ giúp)
  12. ^ Than, Ker (6 tháng 5 năm 2008). “Did Earth once have multiple moons?”. New Scientist.
  13. ^ Canup, R.; Asphaug, E. (2001). “Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation”. Nature. 412 (6848): 708–712. Bibcode:2001Natur.412..708C. doi:10.1038/35089010. PMID 11507633.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
  14. ^ Rhee, Joseph H. (2007). “Warm dust in the terrestrial planet zone of a sun-like Pleiad: collisions between planetary embryos?”. Astrophysical Journal. 675 (1): 777–783. arXiv:0711.2111v1. Bibcode:2008ApJ...675..777R. doi:10.1086/524935. Đã bỏ qua tham số không rõ |coauthors= (gợi ý |author=) (trợ giúp)
  15. ^ Song, Inseok (21 tháng 7 năm 2005). “Extreme collisions between planetesimals as the origin of warm dust around a Sun-like star”. Nature. 436 (7049): 363–365. Bibcode:2005Natur.436..363S. doi:10.1038/nature03853. PMID 16034411. Đã bỏ qua tham số không rõ |coauthors= (gợi ý |author=) (trợ giúp)
  16. ^ a b Jones, J. H. (1998). Tests of the Giant Impact Hypothesis (PDF). Đã bỏ qua tham số không rõ |booktitle= (trợ giúp)
  17. ^ Taylor, Stuart R. (1997). “The Bulk Composition of the Moon” (PDF). Lunar and Planetary Science. Truy cập ngày 21 tháng 3 năm 2010.
  18. ^ Galimov, E. M.; Krivtsov, A. M. (tháng 12 năm 2005). “Origin of the Earth-Moon System”. Journal of Earth Systems Science. 114 (6): 593–600. Bibcode:2005JESS..114..593G. doi:10.1007/BF02715942.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết) [1]
  19. ^ Saal, Alberto E. (July 10, 2008)). “Volatile content of lunar volcanic glasses and the presence of water in the Moon's interior”. Nature. 454 (7201): 192–195. Bibcode:2008Natur.454..192S. doi:10.1038/nature07047. PMID 18615079. Truy cập ngày 30 tháng 1 năm 2010. Đã bỏ qua tham số không rõ |coauthors= (gợi ý |author=) (trợ giúp); Kiểm tra giá trị ngày tháng trong: |date= (trợ giúp)
  20. ^ Mitler, H. E. (1975). “Formation of an iron-poor moon by partial capture, or: Yet another exotic theory of lunar origin”. Icarus. 24 (2): 256–268. Bibcode:1975Icar...24..256M. doi:10.1016/0019-1035(75)90102-5.
  21. ^ Stevenson, D. J. (1987). “Origin of the moon–The collision hypothesis”. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 15 (1): 271–315. Bibcode:1987AREPS..15..271S. doi:10.1146/annurev.ea.15.050187.001415.

Lỗi chú thích: Thẻ <ref> có tên “apj701” được định nghĩa trong <references> không được đoạn văn bản trên sử dụng.

Lỗi chú thích: Thẻ <ref> có tên “scott010312” được định nghĩa trong <references> không được đoạn văn bản trên sử dụng.

Liên kết ngoài

Lấy từ “https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Giả_thuyết_vụ_va_chạm_lớn&oldid=4727640”