L; a Hold belsejében A Tudomány számára
A legújabb űrmissziók és numerikus szimulációk a Hold történetéről és a legmélyebb rétegeiben fennálló viszonyokról mesélnek.
A holdfelszín közel kétmilliárd éven keresztül nem ment keresztül jelentős változásokon. Így az 1960-as évek eleje óta feltárt űrmissziók rengeteg információt hoztak nekünk, amelyekből ma forgatókönyveket vonhatunk le, amelyek megmagyarázzák annak kialakulását.
A "hold arca" régóta ismerős számunkra, de csak a XX. Században tanultuk meg helyesen értelmezni. Egyszerű távcső segítségével a megfigyelésből kiderül, hogy kétféle terepből áll. A sötét, sima területek alkotják az ősi csillagászok által "tengereknek" nevezett területeket. A Hold „kontinensei” a maguk részéről könnyebb terepek, amelyek felszínét minden méretű kráterek tarkítják. Mivel az űrkutatás képekkel és mintákkal látta el a holdfelszínt, képet kaphatunk az ottani viszonyokról, és nyomon követhetjük ennek a kis világnak az eredetét. Ma az azokból merített forgatókönyvek lehetővé teszik számunkra, hogy meghatározzuk a műholdas állapotunkban uralkodó fizikai körülményeket.
A Holdon a talajok átalakulása sokkal lassabb, mint a Földön. Bolygónkat összetett légkör veszi körül, különböző éghajlati övezetekkel rendelkezik, ahol sivatagok és trópusi erdők nőnek. A víz, a szél, az eső, a jég és a hó állat- és növényfajok sokaságától hemzsegő felületet formál. Maga a földkéreg lassú átalakulásokon megy keresztül: hegyek emelkednek, a földeket tengerek borítják, a kontinensek pedig lassan sodródnak. Idővel a Föld arca megváltozik, mert ez egy aktív bolygó. A Holdon éppen ellenkezőleg, nincs szabad víz, és az atmoszféra, amelyet exoszférának is neveznek, rendkívül vékony: annyira ritka, hogy ha a víz felszínén uralkodó nyomás- és hőmérsékleti viszonyoknak lenne kitéve. a Föld, elférne egy nagy ház térfogatában. A Hold alacsony vulkáni aktivitást is tapasztalt - amint azt a Földről látható néhány kupola bizonyítja -, amely nem váltott ki jelentős változásokat (lásd 2. ábra). Ennek eredményeként a holdfelszín megjelenése évtizedek óta alapvetően nem változott.
Űrmissziók
Sőt, a hold gravitációs mezőjének méréseinek köszönhetően megállapítottuk a Hold tehetetlenségi pillanatát. A test tehetetlenségi nyomatéka kifejezi ellenállását azokkal az erőkkel szemben, amelyek hajlamosak módosítani a rotációs mozgását, vagyis azt a tényt, hogy ez a test nagyjából úgy viselkedik, mint egy giroszkóp. A Holdhoz hasonló objektum tehetetlenségi nyomatéka megegyezik tömegének szorzatával a sugara négyzetével és egy olyan együtthatóval, amely az anyag eloszlását jellemzi a forgástengely körül. Homogén gömb esetén, amely a középpontján áthaladó tengely körül forog, ez az „alaki tényező” megegyezik 0,4-vel. Minél közelebb koncentrálódik a tömeg a forgástengelyhez, annál kisebb az alaki tényező. A Hold esetében megállapították, hogy 0,3931. Nagyon kevéssé különbözik a homogén gömb együtthatójától, ami azt jelenti, hogy a Hold sűrűsége a mélységgel alig növekszik. Összehasonlításképpen: a Föld tehetetlenségi nyomatékának alaki tényezője 0,3307, a bolygónk belében lévő hatalmas vasmag miatt. Úgy gondolják, hogy a Holdnak is lehet egy kis vasban gazdag magja, de sugara nem haladja meg a hold sugarának negyedét (ellentétben a Föld magjával, amelynek sugara a Föld sugárának 55 százaléka).
Amikor az űrhajóknak sikerült leszállniuk a Hold felszínére, elkezdtük mérni szeizmikus aktivitását. A szeizmikus hullámok érkezési idejének tanulmányozásával a Hold felszínére telepített különféle szeizmográfokon rekonstruáljuk e hullámok útját a Hold belsejében, és következtethetünk a sebességük változására a mélység függvényében. Mivel ez a sebesség a keresztezett kőzetek deformálhatóságától és összenyomhatóságától függ, ezek az adatok lehetővé teszik a Hold mélyrétegeinek megvizsgálását, és hozzájárultak a belső struktúra kialakulásához (lásd 6. ábra). Ezenkívül a kőzetminták visszatérése a Földre gyökeresen megváltoztatta feltételezéseinket a természetes műholdunk eredetéről. Valójában a planetológusok ez alkalomból fedezték fel, hogy a holdkőzetek összetétele majdnem megegyezik a Föld köpenyében található kőzetek összetételével.
A hold kialakulása
A hasadási hipotézis megmagyarázhatja, hogy csak a Föld palástjának kőzetei hasonlítanak a Holdéra. George Darwin (a természettudós fia) már 1878-ban azt feltételezte, hogy a Föld történelmének kezdetén a felszínének egy részét kidobták volna, és hogy a Csendes-óceán képezné az ebből az eseményből fakadó heget. Darwin tézise azzal a gondolattal egészült ki, hogy a Föld forgása, a múltban sokkal gyorsabban, ekvatoriális domborulatot eredményezett, amely az anyag egy részét ki tudta dobni az űrbe. Amikor azonban megmérjük a Föld-Hold rendszer teljes szögmomentumát, azt találjuk, hogy ez túl kicsi ahhoz, hogy ilyen gyors forgás a múltban lehetséges legyen, hacsak a szögimpulzus azóta nem csökkent, még mindig egy olyan jelenség miatt ismeretlen.
A holdminták visszatérése óta a csillagászok egy negyedik elmélet felé fordultak. Úgy gondolják, hogy a Föld kialakulásának vége felé, 4,5 milliárd évvel ezelőtt egy Mars méretű kis bolygó (tízszer kisebb, mint a Föld) zuhant világunkba. A becsapódás olyan heves volt, hogy a Föld felső palástjának bolygója és kőzetei elpárologtak. Mivel a Föld már jelentősen differenciálódott, a benne lévő vas nagy része a magjában koncentrálódott, és nem dobta ki az űrbe. A kiűzött anyag nagy része visszaesett a Földre, hogy helyreállítsa a palástot, amelynek kémiai összetétele nagyon hasonlított a keringő sziklákéhoz. Ezek a sziklák később egy óriási műholdat, a Holdat alkották. Ez a hipotézis
elmagyarázza a két csillag felszínes kőzetei közötti hasonlóságot; megmagyarázza a vas hiányát a Holdon, valamint az illékony elemek alacsony tartalmát.
Az ütéselmélet részeként meglehetősen pontosan meg tudjuk állapítani azokat a körülményeket, amelyek a Hold belsejében uralkodtak annak kialakulásakor. A keringő anyag felhőjében sűrített sziklás részecskék felhalmozódása biztosan nagy mennyiségű hőt adott: a szemek hevesen ütköztek, és egyre nagyobb tömböket képeztek, amelyek egymásra estek. Ahogy a Hold egyre nagyobb lett, a sziklák egyre nagyobb sebességgel értek el a felszínéhez, és kinetikus energiájuk hővé átalakulva megolvasztotta
felületes rétegek. A Hold egy hatalmas magma-óceán borításával született, amely elérte a 400 kilométer mélységet. Ez a magma hamar megszilárdult, mivel hőenergiáját az űrbe sugározta, és egy részét átvitte a Hold hűvösebb mélységébe. Az olvadt területeken a nehéz elemek elváltak a könnyű elemektől, és apránként vándorolni kezdtek a központ felé. Ezt a kémiai differenciálódási mechanizmust nagy energia felszabadulás kísérte, amely felmelegítette a Hold mélyebb rétegeit. Így a differenciálás önfenntartó volt, és a csillag közepe felé terjedt. Ma úgy gondoljuk, hogy a fiatal Hold gyorsan szinte teljesen megszerzett egy kis forró magot