Na, ezért nincs sajtból a Hold

Komoly gondjuk támadt kísérőnk eredetmítoszával az űrkémikusoknak.

Szerencsére a hatvanas-hetvenes évek Apollo-küldetései jókora mennyiségű holdkőzetet hoztak vissza a földre, hiszen a tudósoknak azóta is ezekre kell hagyatkozniuk, amikor kísérőbolygónk vegyi összetételét akarják laboratóriumban tanulmányozni. Egyébként a Hold egy morzsányi darabkáját Magyarországnak ajándékozta az Egyesült Államok, és a Magyar Természettudományi Múzeumban tekinthető meg.

Az elmúlt négy évtized alatt rengeteg felfedezést tettek a földről el nem mozduló űrkutatók e kőzetminták tanulmányozásával. Szerencsére gondosan beosztották az űrhajózás jelenlegi állapota miatt belátható időn belül gyakorlatilag pótolhatatlan vizsgálati anyagot, így még napjainkban is születhetnek újabb eredmények a holdkövek vizsgálatából.

A Nature minapi számában publikált tanulmány például egyenesen azt állítja, hogy a Hold nem (pontosan) úgy alakult ki, mint azt eddig a legtöbb űrkutató elfogadta. Azt senki sem vitatja, hogy a Föld és a Hold olyan közel vannak egymáshoz, hogy történetük valamikor a régmúltban össze kellett érjen (a szó szoros értelmében). Már René Descartes is felvetette a Le Monde című, 1664-ben megjelent művében, hogy az égitestek úgy alakulhatnak ki, hogy az űrben lebegő apró törmeléket, porszemeket a nagyobb testek magukhoz vonzzák, összegyűjtik. Ezt az elméletet aztán 250 évig senki nem kapta fel, mígnem a 20. század elején Thomas Jefferson Jackson See amerikai csillagász a bolygókeletkezés nagy vonalaiban ma is elfogadott elméletévé fejlesztette.

A 19. században Édouard Roche francia csillagász úgy gondolta, hogy a Föld és a Hold egyszerre alakulhatott ki, míg kortársa, George Howard Darwin (Charles Darwin fia) felvetette – és ezzel már közelítünk a jelenlegi elméletek felé –, hogy a Hold úgy jött létre, hogy valamilyen elképzelhetetlen nagy erő kiszakított egy jókora darabot a Földből. Mások a Csendes-óceán medencéjében meg is vélték találni a Hold után maradt hatalmas krátert. Utóbbi elmélet természetesen hibás, hiszen bolygónk jelenlegi felszíne a kontinensekkel és az óceánokkal együtt a kőzetlemezek tektonikai mozgásának következménye.

A jelenlegi teória szerint úgy négy és fél milliárd évvel ezelőtt egy Mars-méretű égitest ütközött a Földnek, olvasható a Astrobiology Magazinban. E katasztrófához képest a dinoszauruszokat kiirtó meteor szúnyogcsípésnek tűnhetett. Szerencsére az élet kialakulásáig akkor még hátravolt egymilliárd év. Az ütközés hatalmas mennyiségű törmeléket robbantott ki a Földből és a rejtélyes másik bolygóból. A törmelék először a Szaturnusz gyűrűihez hasonló porkorongot képezett az Egyenlítő körül, majd évmilliók alatt lassan összeállt a ma ismert Holddá.

Kun Wang, a Saint Louis-i Washington Egyetem űrvegyésze (kozmokémikusa), a mostani Nature-cikk vezető szerzője szerint ezzel a modellel fizikai és matematikai értelemben semmi baj sincs. Kémiai szempontból azonban sok sebből vérzik. Az elmélet alapján ugyanis (ami szerint tehát a Hold a Föld és a neki ütköző bolygó darabkáiból épült fel, miközben a Föld megmaradt annak, ami annak előtte is volt) a Hold kémiai összetételének jellegzetesen különböznie kéne a Földétől. Annak ugyanis gyakorlatilag nulla a valószínűsége, hogy az ütköző égitest pontosan ugyanolyan arányban tartalmazta a kémiai elemeket, mint a Föld.

Csakhogy nem ez a helyzet. Kémiai szempontból a Hold „földből van”, tehát összetétele alapján mintha egy kis Föld lenne. Bár ez a körülmény nem feltétlenül tűnik a laikusok számára égető fontosságúnak, a Hold keletkezésének eddigi modelljét alapjaiban kérdőjelezte meg. Eddig a legvalószínűbbnek tűnő modell, ami a Föld és a Hold közötti gyakorlatilag tökéletes anyagkeveredést magyarázta, az volt, hogy a másik bolygó viszonylag lassan csapódott a Földbe. Az ütközés után a szilíciumban gazdag kőzetek olvadtak és párologtak el. E meleg folyadék-gáz keverékből ideiglenesen közös szilíciumatmoszféra alakult ki a Föld és a későbbi Hold anyagát tartalmazó porkorong között. A közös atmoszféra pedig biztosította az anyagkeveredés csatornáját.

De Wangék mostani eredményei cáfolni látszanak ezt az elméletet. Hét holdkőzetet vizsgáltak, és ezeket hasonlították össze földi kövekkel. Megmérték a 39-es és a 41-es tömegszámú káliumizotópok arányát a kőzetekben. A 41-es a nehezebb, ezért a szilíciumatmoszféra-elmélet alapján azt várnánk, hogy az a Földön dúsul fel jobban, míg a 39-esből a Holdon lesz több. Csakhogy pont fordítva van. A kozmokémikus és munkatársai ezért egy új elméletet javasolnak. Eszerint amikor a Föld összeütközött a bolygóval, mind a Föld, mind az égitest külső köpenyének nagy része elpárolgott. Az így kialakuló, forró és nagy nyomású, úgynevezett szuperkritikus állapotú folyadékból álló felhő pedig körbevette mind a Földet, mind a későbbi Holddá összeálló törmeléket. A felhő átmérője a Föld jelenlegi méretének ötszázszorosa lehetett.

Wangék számításai szerint csak úgy különülhettek el a káliumizotópok (és alakulhatott ki az eltérő izotópösszetétel a Földön és a Holdon), ha bevesszük a modellbe a szuperkritikus párafelhőt is. Ebből először a nehezebb káliumizotópok csapódhattak ki nagyjából azonos arányban a Földön és a Holdon. A könnyebb izotópok ezután még sokáig a felhőben maradhattak. Amikor végül kicsapódtak, a felhő már jóval kisebb volt, és a Hold túl távol volt már, így azok inkább a Földön kötöttek ki.