Дивлячись на Місяць у нічному небі, ви ніколи не подумаєте, що він повільно віддаляється від Землі. Але ми знаємо інше. У 1969 році місії НАСА ” Аполлон” встановили світловідбиваючі панелі на Місяці. Вони показали, що Місяць наразі щороку віддаляється від Землі на 3,8 см.
Якщо ми візьмемо нинішню швидкість спаду Місяця та спроектуємо її назад у часі, ми отримаємо зіткнення між Землею та Місяцем приблизно 1,5 мільярда років тому. Однак Місяць утворився приблизно 4,5 мільярда років тому, що означає, що поточний рівень рецесії є поганим орієнтиром для минулого.
Разом із нашими колегами-дослідниками з Утрехтського університету і Женевський університет, ми використовували комбінацію методів, щоб спробувати отримати інформацію про далеке минуле нашої Сонячної системи.
Нещодавно ми знайшли ідеальне місце, щоб розкрити довготривалу історію нашого Місяця, що відходить. І це не завдяки вивченню самого Місяця, а завдяки зчитуванню сигналів у стародавніх шарах гірських порід на Землі.
Читання між шарами
У прекрасному національному парку Карідзіні у західній Австралії деякі ущелини прорізають ритмічно шаруваті відкладення віком 2,5 мільярда років. Ці відкладення являють собою смугасті залізисті утворення, що містять характерні шари мінералів, багатих на залізо та кремнезем колись широко відкладався на дні океану, а зараз знайдений у найстаріших частинах земної кори.
Види скель на водоспаді Жоффр показують, як шари червонувато-коричневого заліза товщиною трохи менше метра чергуються через рівні проміжки з темнішими тоншими горизонтами.
Темніші інтервали складаються з більш м’якої породи, яка більш сприйнятлива до ерозії. При ближчому розгляді відслонень виявляється наявність додаткової регулярної варіації меншого масштабу. Поверхні скель, які були відполіровані сезонною річковою водою, що протікає через ущелину, розкривають візерунок чергування білих, червонуватих і блакитно-сірих шарів.
У 1972 році австралійський геолог А. Ф. Трендалл підняв питання про походження різних масштабів циклічних, повторюваних моделей вкладці видно в цих стародавніх шарах порід. Він припустив, що закономірності можуть бути пов’язані з минулими коливаннями клімату, спричиненими так званими «циклами Міланковича»
Циклічні зміни клімату
Цикли Міланковича описують, як невеликі періодичні зміни у формі орбіти Землі та орієнтації її осі впливають на розподіл сонячного світла, яке отримує Земля протягом багатьох років.
Зараз домінуючі цикли Міланковича змінюються кожні 400 000 років, 100 000 років, 41 000 років і 21 000 років. Ці коливання здійснюють сильний контроль над нашим кліматом протягом тривалих періодів часу.
Ключовими прикладами впливу форсування клімату Міланковича в минулому є поява екстремальних холодів(відкривається в новій вкладці) або теплі періоди, а також вологіше або сухі регіональні кліматичні умови.
Ці зміни клімату суттєво змінили умови на поверхні Землі, наприклад, розмір озер. Вони є поясненням періодичного озеленення пустелі Сахара і низький рівень кисню в глибинах океану. Цикли Міланковича також вплинули на міграцію та еволюцію флори та фауни включаючи наш власний вид.
І ознаки цих змін можна прочитати через циклічні зміни в осадових породах.
Зафіксовані коливання
Відстань між Землею і Місяцем безпосередньо пов’язана з частотою одного з циклів Міланковича — циклу кліматичної прецесії. Цей цикл виникає внаслідок прецесійного руху (коливання) або зміни орієнтації осі обертання Землі з часом. Зараз цей цикл триває приблизно 21 000 років, але цей період був би коротшим у минулому, коли Місяць був ближче до Землі.
Це означає, що якщо ми можемо спочатку знайти цикли Міланковича в старих відкладеннях, а потім знайти сигнал про коливання Землі та встановити його період, ми зможемо оцінити відстань між Землею та Місяцем у момент відкладення відкладень.
Наше попереднє дослідження показало, що цикли Міланковича можуть зберігатися в стародавньому смугастому залізному утворенні в Південній Африці(відкривається в новій вкладці), таким чином підтверджуючи теорію Трендаля.
Смугасті утворення заліза в Австралії, ймовірно, були відкладені в тому ж океані як скелі Південної Африки, приблизно 2,5 мільярда років тому. Однак циклічні зміни в австралійських породах виявляються краще, що дозволяє нам вивчати варіації з набагато вищою роздільною здатністю.
Наш аналіз австралійського смугового утворення заліза показав, що породи містять численні масштаби циклічних варіацій, які приблизно повторюються на 4 і 33 дюймах (інтервали 10 і 85 см). Поєднавши ці товщини зі швидкістю відкладення відкладень, ми виявили, що ці циклічні коливання відбувалися приблизно кожні 11 000 років і 100 000 років.
Таким чином, наш аналіз припустив, що цикл 11 000, який спостерігається в скелях, ймовірно, пов’язаний із циклом кліматичної прецесії, який має набагато коротший період, ніж поточні ~21 000 років. Потім ми використали цей сигнал прецесії, щоб обчислити відстань між Землею та Місяцем 2,46 мільярда років тому.
Ми виявили, що Місяць тоді був приблизно на 37 280 миль (60 000 кілометрів) ближче до Землі (ця відстань приблизно в 1,5 раза перевищує окружність Землі). Це зробило б тривалість дня набагато коротшою, ніж зараз, приблизно на 17 годин замість поточних 24 годин.
Розуміння динаміки сонячної системи
Дослідження в галузі астрономії створили моделі формування нашої Сонячної системи, а також спостереження за поточними умовами.
Наше дослідження та деякі дослідження інших являє собою один із єдиних методів отримання реальних даних про еволюцію нашої Сонячної системи та матиме вирішальне значення для майбутніх моделей системи Земля-Місяць.
Дуже дивно, що динаміку минулої Сонячної системи можна визначити за невеликими варіаціями в стародавніх осадових породах. Однак одна важлива інформація не дає нам повного розуміння еволюції системи Земля-Місяць.
Тепер нам потрібні інші надійні дані та нові підходи до моделювання, щоб простежити еволюцію Місяця в часі. І наша дослідницька група вже почала пошуки наступного набору каменів, які можуть допомогти нам відкрити більше підказок про історію Сонячної системи.
.