Původ Měsíce lidi zajímal odpradávna a v době moderního vědeckého výzkumu se vynořilo několik hypotéz snažících se o jeho popsání. Měsíc se mohl zformovat v počátcích sluneční soustavy společně se Zemí, vzniknout z materiálu vyvrženého srážkou Země s jiným tělesem (či více tělesy), mohl se oddělit z materiálu vznikajícího planetárního embrya (z větší části by vznikla Země) či být Zemí zachycen. 

Přistání lidí na Měsíci v programu Apollo pak s sebou přineslo návrat řady vzorků měsíčních hornin. Z nich jsme zjistili, že Měsíc má složení velmi podobné zemskému plášti, ale s určitými rozdíly: Obsahuje daleko méně těkavých látek a je mírně obohacen o těžší izotopy kyslíku a draslíku. Navíc má jen malé kovové jádro.

To vše nasvědčuje tomu, že vznikl po kolizi, při níž se odpařily těkavé a lehčí látky, z materiálu z již diferencovaného tělesa - takového, které už mělo ve středu kovové jádro a kolem něj horninový plášť. Materiál jádra, ukrytý příliš hluboko, byl srážkou nedotčen, ale z obsahu pláště mohlo být vyvrženo dost materiálu. Kdyby se Měsíc oddělil od Země dřív či vznikal spolu s ní, měl by mít jinou strukturu - a zachycené těleso by zase mělo mít výrazně odlišné složení.

Jedna, nebo více srážek?

Předpokládá se, že Měsíc vznikl přibližně 60 až 100 milionů let po vzniku naší planety srážkou Země s tělesem zhruba o velikosti Marsu: taková kolize by mohla být natolik silná, aby vyvrhla na oběžnou dráhu kolem Země dostatek materiálu na zformování Měsíce. To však není jediná podmínka: Srážka by měla mít relativně nízkou rychlost, aby nebyla až příliš katastrofální. V takovém případě by se tu ale udrželo dost materiálu i z impaktoru, přičemž více z něj by se dostalo do budoucího Měsíce spíše než smísilo se Zemí.

Izotopické složení Měsíce se však Zemi nápadně podobá. Impaktor by tedy musel být velice podobný Zemi, ačkoli tělesa z různých oblastí sluneční soustavy by měla mít znatelně odlišné složení. Ve většině modelů by Měsíc vznikl jen asi z pětiny ze zemského materiálu.

Malá nepravděpodobnost těchto podmínek vedla tým výzkumníků ze dvou izraelských vědeckých institutů k návratu k domněnce, že srážka je sice správným vysvětlením, ale nemuselo se jednat o jedinou událost. Práce vyšla v Nature Geoscience.

V sérii počítačových simulací se autoři podívali na to, co by se stalo, kdyby do Země postupně udeřilo více menších impaktorů. Kolize by dobře promíchaly materiál impaktorů i původní Země a typicky by vyvrhly dost materiálu na vznik menšího měsíčku - a právě jejich postupným splynutím by se zformoval náš Měsíc.

Záhada vyřešena? Možná ne zcela. Zatím jde pouze o model a není to jediné možné vysvětlení. Nedávno v časopisu Nature vyšla také práce Nicolase Dauphase z Fermiho institutu v Chicagu ukazující, že materiál z oblasti sluneční soustavy kolem oběžné dráhy Země mohl být velmi dobře promíchaný, a tak by se složení impaktoru z této oblasti od zemského lišilo jen minimálně a dopad jediného většího tělesa by s sebou nesl méně nepravděpodobných podmínek.

Budoucí empirická data jako studium složení a stáří více různých vzorků měsíčních hornin či podrobnější kráterové datování a seismická měření nám snad napoví více o tom, jaké vysvětlení je to správné.

Co mají společného jaderné zbraně a Měsíc

Více by nám o vzniku Měsíce mohl prozradit také napohled nečekaný zdroj: testy jaderných zbraní. Ke studiu toho, jak přesně se odpařuje materiál po katastrofální srážce, máme počítačové modely, ale také zlomky “experimentálních” dat, a to jednak ze sopečných výbuchů, dopadů meteoritů nebo úderů blesků, z testů atomových bomb. Ty mají oproti jiným datům tu výhodu, že přesně známe sílu výbuchu a z řady z nich je dobře popsaný shromážděný materiál.

Tak si ESA představuje svou lunární stanici | zdroj: ESA/Foster + Partners

První velký testovací výbuch proběhl v červenci 1945 (jen krátce před svržením bomb na Hirošimu a Nagasaki) v poušti Nového Mexika - šlo o test zvaný Trinity. Na místě exploze o síle 22 kilotun byl písek spečen v nazelenalé sklo, takzvaný trinitit, připomínající skla vznikající v místech impaktů těles. Míra odpaření různých těkavých látek z trinititu nám může pomoci si lépe představit obdobné procesy u samozřejmě nesmírně mohutnější srážky Země s tělesy až o velikosti Marsu.

Autoři nové studie v Science Advances se podívali na ztrátu zinku ve vzorcích trinititu.

Měsíční horniny mají zhruba stokrát méně zinku než pozemské, což může být způsobeno odpařením při samotné kolizi Země s jiným tělesem nebo z magmatického oceánu pokrývajícího Měsíc před zchladnutím jeho povrchu. Jak moc se ale liší odpar různě těžkých izotopů zinku, abychom mohli průběh událostí stanovit co nejpřesněji? Ukázalo se, že přinejmenším v trinititu jsou odlišnosti menší, než se předpokládalo na základě modelů.

Platilo také, že čím blíže místu exploze, tím více zinku se odpařilo. Srovnání s více vzorky z různých oblastí Měsíce nám do budoucna pomůže lépe odhadnout průběh kolize a následného chladnutí po zformování tělesa.

"Vesnice" na Měsíci

Poslední dobou se k Měsíci začíná také vracet pozornost kosmických agentur. NASA by mohla využít Měsíc jako "tréninkovou a přestupní stanici" před vysláním mise na Mars a ESA se co do budoucnosti pilotované kosmonautiky soustředí především na Měsíc.

Ředitel ESA Jan Wörner po svém nástupu do funkce představil svůj koncept "měsíční vesnice" (Moon Village): výzkumné stanice na povrchu Měsíce, která by byla řízena ve spolupráci více agentur i soukromých subjektů a mohla by začít robotickým průzkumem a pokračovat jako pilotované lety snad i s trvalou obyvatelnou základnou.

Snad se tento koncept uskuteční a následný průzkum nám umožní zjistit tím více o vzniku našeho Měsíce. Rozhovor s ředitelem ESA Janem Wörnerem si (zatím v angličtině, brzy přibude česká verze) můžete přečíst zde. Více o Měsíci jako cíli i "přestupní stanici" řekl také astronaut Leroy Chiao.