Holdunk kialakulásáról annyit néhány évtizede biztosan tudunk, hogy az az ős-Földbe becsapódó másik égitestnek köszönhető, az azonban folyamatos viták tárgya, hogy mekkora is volt ez a becsapódó égitest. Lehetett relatíve nagy méretű égitesttel való, illetve lehetett kicsi égitestet bevonó, de igen nagy sebességű is az ütközés, amelyből megszületett a Hold-Föld rendszer mai formájában.
A Föld és a Hold geokémiai összetétele, illetve a két égitest anyagának izotóparánya azonos – holott egyébként minden egyes égitestnek egyedi izotóp-ujjlenyomata van – ez azt sejteti, hogy ugyanabból a kezdeti anyagból született mindkettő. Az összetételt a Holdról érkezett kőzetminták (kb. 380 kg az Apollo programban, és kb. 30 dkg automata szovjet holdszondáknak köszönhetően, illetve kb. 190 kg holdi eredetű meteorit formájában) alapján mára jól ismerjük.

Az egyik becsapódási elméletben egy, a Föld közelében keletkezett, s a Földdel igen nagy arányban azonos anyagból álló proto-bolygó ütközött össze az ős-Földdel. Azonban annak az esélye, hogy nagy közelségben két azonos összetételű ős-bolygó alakulhatott ki a Naprendszer születésekor, gyakorlatilag a nullához közelítő, így, bár az elmélet tetszetős és sok mindent magyarázna, ezen okból a legtöbb kutató nem tud egyetérteni vele.
Abban az esetben, ha az ős-Földbe egy apró méretű égitest csapódott be nagy sebességgel, a kialakuló Hold kizárólag olyan olvadt kőzetekből jött létre, ami eredetileg a Föld köpenyének anyaga volt, s a Földnek ütköző kis méretű égitest teljesen elkeveredett a földköpeny anyagában, oly mértékben, hogy eltűntek az eredeti izotóparány-különbségek. A nagy méretű becsapódás, amelyben nagyságrendileg hasonló méretű proto-bolygók ütköztek össze azzal járhatott, hogy a két ős-égitest eredetileg eltérő anyaga teljesen elkeveredett az ütközéskor, s ez is adhatna magyarázatot a Föld és a Hold azonos izotóparányaira.

Egy friss francia-svájci kutatásban a Föld kialakulásának és a Holdat létrehozó becsapódásnak a folyamatát modellezték le 100 lépésben, amelyből az első 99 lépés magát a Föld akkrécióját, illetve magjának és köpenyének kialakulását jelentette, az utolsó mozzanata volt a Holdat létrehozó becsapódás. A modellt számos kiindulási értékkel lefuttatták, illetve a becsapódó égitest nagyságát (a Föld tömegének 5-25%-a közti értékeken) is változtatták a futásokban. A modellfutásokban mind a Föld magjának, mind a köpenynek a kialakulását követni lehetett, s ezek geokémiai összetételére adott információkat a modell. A modellkimenetekben kapott értékeket össze tudták hasonlítani a valós, mért kőzetösszetétel alapján kapott értékekkel.
A modellfutásokból kiderült, hogy bármilyen nagy égitest becsapódása csak akkor eredményezhette a Föld magjának s köpenyének, illetve a Holdnak a mai állapotát, ha a fémes és a szilikátos anyagok már a becsapódás idején elkülönültek.
A becsapódás hatalmas energiájának hatására a földköpeny igen nagy része vált olvadttá, az ebből kiszakadó anyagból alakult ki a Hold. A becsapódás hatására gyakorlatban a magmaóceán mélysége nőtt meg, a korábban már megszilárdult köpenyanyag újraolvadásával. A becsapódó égitest eredeti fémes magja lesüllyedt a magmamóceán fenekére (ahol a már elkülönült, földi fémes réteg is volt). A Földet beborító magmaóceán fenekén a fémek alkotta rétegből azután a fémek fokozatosan a mag felé süllyedtek.

A becsapódó égitest nagyságának meghatározásához mintegy 2 millió szimulációval futtatták le a modellt, s ezekből kidobálták azokat a kimeneteket, amelyek nem a mai, valós izotóp- és kémiai összetételnek megfelelő eredményt adták. A kapott, valósággal egyező összetételt adó eredmények alapján csak azok a becsapódások tűnnek lehetségesnek, amelyek során a becsapódó égitest tömege nem haladta meg a Föld tömegének 15%-át. A 10%-nál jelentősen kisebb méretű égitestet is kizárhatónak tartják a kutatók, mert azon esetekben pedig nem olvadt volna meg kellő mértékben a földköpeny a becsapódás során, mivel túl kicsi energiafelszabadulással járt volna az ilyen becsapódás.

Ebből következően a Holdat létrehozó becsapódásban érkező égitest a Föld tömegének kb. 10-15%-a közti méretű lehetett, ez nagyjából a Mars tömegének megfelelő méretet jelent.

Igazából a kutatás eredménye nem jelent nagy újdonságot, hiszen a Marshoz hasonló méretű bolygó valószínű becsapódását már sokat megfogalmazták, azonban a bizonyítását most pusztán a kőzetek geokémiai- és iztotóp-összetétele alapján végezték el, e tekintetben olyan megközelítéssel jutottak a korábbi elméletekkel azonos következtetésre, amit eddig nem használtak Egy elméletnek pedig mindig hasznára válik, ha több, eltérő irányból is bizonyítható.

A kutatás eredménye a Geophysical Research Letters 2017. december 14-i számában jelent meg.

Eredeti angol nyelvű cikk ITT található.

Fordította: Landy-Gyebnár Mónika
(További fordítások a szerzőtől facebookon:  Égen – Földön – Föld alatt)