กระบวนการสองขั้นตอนเกิดขึ้นที่ดวงจันทร์ การจำลองแนะนำ

สารเคมีที่หายไปจากหินดวงจันทร์อาจซ่อนอยู่ใต้เปลือกโลกOXON HILL, Md. – หินบนโลกและดวงจันทร์เกือบจะเหมือนกัน — ยกเว้นเมื่อไม่เท่ากัน ตอนนี้ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แบบใหม่อาจใกล้เคียงกับการหาคำตอบว่าทำไมตัวอย่างดวงจันทร์ถึงมีลักษณะทางเคมีเหมือนกับตัวอย่างบนโลกในหลาย ๆ ด้าน แต่ยังขาดส่วนประกอบสำคัญสองสามอย่าง

ธาตุที่ระเหยง่าย หรือที่เรียกว่าสารระเหย ส่วนใหญ่หายไปจากหินดวงจันทร์ แต่อาจถูกกักไว้ลึกภายในดวงจันทร์ แกนกลางนี้ซ่อนอยู่ใต้เปลือกโลกที่สะสมในระยะที่สองของการก่อตัวดวงจันทร์ นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ Robin Canup รายงานเมื่อวันที่ 11 พฤศจิกายน ณ การประชุมของสมาคมวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน

สารระเหย เช่น โซเดียมและสังกะสี 

สันนิษฐานกันมานานแล้วว่าถูกทำลายทิ้งจากการชนกันของโลกกับดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวอังคารที่ก่อตัวดวงจันทร์เมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน “ผู้คนยืนยันเรื่องนี้มานานหลายทศวรรษ” Canup จากสถาบันวิจัยตะวันตกเฉียงใต้ในโบลเดอร์ เมืองโคโล กล่าว “แต่มันไม่ได้ผลดีนัก”

แม้แต่ในดิสก์ของหินหลอมเหลวและกลายเป็นไอที่ลอยอยู่รอบๆ หลังจากการกระแทก อุณหภูมิก็ไม่สูงพอที่จะปล่อยสารระเหยออกจากโลกได้ Canup กล่าว อะตอมจะต้องอยู่ในท้องถิ่นแทน แต่อย่างใดหลีกเลี่ยงดวงจันทร์

Sébastien Charnoz นักวิทยาศาสตร์ด้านดาวเคราะห์แห่งสถาบัน Earth Physics of Paris กล่าวว่า “เราอยู่ในสถานการณ์แปลก ๆ ที่บางสิ่งเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์และบางอย่างไม่ตรงกันเลย “ดังนั้นคุณต้องหาสถานการณ์แปลก ๆ เพื่ออธิบายทั้งหมด”

Canup และเพื่อนร่วมงานใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อติดตามว่าวงแหวนชั่วคราวของโลกมีวิวัฒนาการอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป พวกเขาพบว่าในขั้นต้น วัสดุในส่วนนอกของวงแหวน ซึ่งอยู่ไกลพอที่จะไม่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของโลกอย่างรุนแรง เย็นลงอย่างรวดเร็วและควบแน่นเป็นลูกบอลที่มีมวลประมาณครึ่งหนึ่งของดวงจันทร์ ปฏิกิริยาโน้มถ่วงส่งโปรโตมูนนี้ค่อยๆ ลอยออกจากโลก ซึ่งเป็นการเดินทางที่ยังคงอยู่จนถึงทุกวันนี้

ส่วนด้านในของแหวนนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย “มันเป็นระบบที่สวยงามมาก” ชาร์นอซกล่าว แม่น้ำหินหลอมเหลวที่เกือบจะสว่างพอๆ กับดวงอาทิตย์ที่ล้อมรอบดาวเคราะห์ คั่นกลางระหว่างชั้นของก๊าซ วงแหวนของเหลวมีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายในขณะที่ก๊าซ – ซึ่งองค์ประกอบระเหยจบลง – อยู่นิ่ง “นี่เป็นแนวคิดหลัก” ชาร์นอซกล่าว “คุณมีกลไกทางกายภาพที่จะแยกสองสิ่งออกจากกัน”

ขณะที่จานของเหลวแผ่ออกจากโลก 

ขอบด้านนอกเย็นตัวลงและก่อตัวเป็นก้อนกรวดที่ระเหยจนหมด ซึ่งจากนั้นก็ถูกแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ขัดขวางไว้ เมื่อวาดจากวงแหวนหลอมเหลว ดวงจันทร์ก็ห่อหุ้มตัวเองในเปลือกโลก ซึ่งอาจหนาหลายร้อยกิโลเมตร โดยปราศจากองค์ประกอบที่ยังคงขาดหายไปจนถึงทุกวันนี้

เมื่อถึงเวลาที่ดิสก์ที่เหลือเย็นลงเพียงพอสำหรับก๊าซและของเหลวที่จะรวมกัน Canup กล่าวว่าดวงจันทร์ได้ลอยไปไกลจากโลกเกินไปที่จะเก็บเกี่ยวชิ้นส่วนที่เหลือ สันนิษฐานว่าพวกนั้นตกลงสู่พื้นโลก แม้ว่า Charnoz จะตั้งข้อสังเกตว่าชะตากรรมที่แท้จริงของแหวนยังคงเป็นปริศนา

Charnoz พัฒนาแบบจำลองที่คล้ายกันด้วยอัลกอริธึมพื้นฐานที่แตกต่างกัน “เราทั้งคู่ตัดสินใจอย่างอิสระเพื่อจัดการกับปัญหานี้” ชาร์นอซกล่าว “ดูเหมือนว่าเราจะมาบรรจบกันกับโซลูชันที่คล้ายกัน แต่มีเครื่องมือต่างกัน”

ตัวอย่างดวงจันทร์บางส่วนดูเหมือนจะสนับสนุนแนวคิดที่ว่าสารระเหยที่หายไปนั้นถูกฝังอยู่ภายในดวงจันทร์ Canup กล่าว หินสองสามก้อนที่นำกลับมาระหว่าง Apollo 15 และ 17 มีแก้วภูเขาไฟ ( SN: 6/29/13, p. 8 ) หินเหล่านี้ซึ่งขุดขึ้นมาจากส่วนลึกภายในดวงจันทร์ มีโมเลกุลน้ำที่มีความผันผวนสูงซึ่งเป็นที่รู้จักดี

มนุษยศาสตร์วิทยาศาสตร์ฟีเจอร์ “Bright Young Minds” ซึ่งรวบรวมนักวิทยาศาสตร์ที่มีแนวโน้มว่าจะทำงานวิจัยที่มีความสามารถสูง 10 คน ได้รับการชื่นชมเป็นส่วนใหญ่และได้รับการวิพากษ์วิจารณ์เล็กน้อย ( SN: 10/3/15, p. 20 )

ผู้อ่านบางคนคิดว่าคุณลักษณะนี้เป็นแรงบันดาลใจให้เกิดความหวังและการมองโลกในแง่ดี “ในโลกนี้เต็มไปด้วยความวุ่นวายทางการเมืองและปัญหาทางสังคมและวิทยาศาสตร์ที่ดูเหมือนยากจะรักษา รายการนี้สร้างความมั่นใจและกระตุ้นความคิด” Bruce Ebyเขียนในอีเมล “ไชโยสำหรับ ‘การทดลอง’ ของคุณในการเผยแพร่ชีวประวัติสั้น ๆ ของนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ที่มีแนวโน้ม” Don Scott เห็นด้วย ในอีเมล “การเชื่อมโยงวิทยาศาสตร์กับคนที่อยู่เบื้องหลังทำให้องค์กรทางวิทยาศาสตร์เป็นมนุษย์”

ผู้อ่านคนอื่นๆ สังเกตเห็นสิ่งที่ยังไม่มี: สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ บางสาขามักจะครอบคลุมโดยScience News จิม คาร์ลตันส่งอีเมลมาบอกว่าเขารู้สึกประทับใจกับ “ข้อจำกัดพิเศษของ [รายการ] ต่อชีววิทยาสังเคราะห์และเซลล์ เทคโนโลยีชีวภาพ เคมีอินทรีย์ ประสาทวิทยาศาสตร์ และฟิสิกส์” ส่งผลให้ขาดความโดดเด่นในสาขาต่างๆ เช่น ดาราศาสตร์ ภูมิอากาศ การเปลี่ยนแปลง จิตวิทยา และวิทยาศาสตร์อื่นๆ “บางคนอาจไม่รู้ด้วยซ้ำว่าการเลือกของคุณมีมหาสมุทร” เขาเขียน