Měsíc je pozůstatkem dávné srážky s planetou Theia a její stopy možná máme stále pod nohama

Aby mohli vědci sestavit přesvědčivý scénář zrodu Měsíce, potřebovali především získat lunární horniny. Poskytly jim je mise Apollo na počátku 70. let, když na Zemi přivezly celkem 382 kg vzorků. Nový pohled na vznik zemského průvodce tak na sebe nenechal dlouho čekat: V srpnu 1974 jej na konferenci Mezinárodní astronomické unie představili William K. Hartmann a Donald R. Davis, kteří upozornili zejména na nápadný nedostatek železa v dotyčném materiálu. O rok později pak se stejným scénářem vystoupili i Alastair Cameron a William Ward, tentokrát s důrazem na neobvykle velký moment setrvačnosti soustavy Země–Měsíc.

Gigantická srážka

Tak vznikla teorie velkého impaktu (anglicky Giant Impact Theory), podle níž se naše planeta zhruba 100 milionů let po svém vzniku srazila s tělesem o velikosti Marsu, dosahujícím asi 10–15 % její hmotnosti. Dle simulací z 90. let připomínal zmíněný střet nepovedený tah v kosmickém kulečníku: Planeta, později nazvaná Theia (viz Proč právě Theia?), narazila do Země téměř tečným směrem, materiál v místě srážky se rozžhavil a byl vymrštěn na oběžnou dráhu. Zpomalené zbytky tělesa se již nedokázaly vymanit z gravitačního působení naší planety a nakonec se s ní zcela spojily. Ze vzniklého prstence rozžhaveného materiálu se pak postupně zformoval zárodek Měsíce.

Teorie velkého impaktu dokázala elegantně vysvětlit několik podivných skutečností, především vysoký moment hybnosti systému Země–Měsíc, který do něj mohla vnést právě energie obřího impaktoru. Daná teorie také odpovídá na otázku, proč je náš souputník ochuzený o železo. Vznikl totiž z materiálu plášťů Theie i Země, zatímco železo zůstalo uvězněno v jejich jádrech. 

Zmíněný rozžhavený disk navíc objasňuje, proč je Měsíc chudý na těkavé prvky jako vodík, helium, rtuť, kyslík nebo síru, jež se snadno odpařují už při nižších teplotách. A konečně téměř tečný náraz mohl zapříčinit, že se rotační osa Země vůči její oběžné rovině sklání zhruba o 23°.

Čtyři stovky simulací

Teorie velké srážky sice vysvětlila řadu záhad, ale postupně začala narážet na nové poznatky. Přesnější analýzy z posledních desetiletí totiž ukázaly, že se izotopické poměry některých prvků včetně kyslíku či draslíku v měsíčních i pozemských horninách překvapivě podobají – což je v rozporu s dřívějšími výsledky, na nichž stavěly původní simulace podporující teorii velkého impaktu. Navíc rozbory materiálu například z Marsu či z planetky Vesty ukázaly, že se izotopické složení jednotlivých těles Sluneční soustavy výrazně liší. Je tedy krajně nepravděpodobné, že by právě Theia měla náhodou stejné složení jako Země. 

Na scénu proto vstoupily hypotézy snažící se vysvětlit intenzivnější promísení materiálu obou objektů při srážce tak, aby odpovídalo nově zjištěným izotopickým poměrům.

Zásadní posun přinesl rok 2022, kdy Jacob Kegerreis s kolegy publikoval v The Astrophysical Journal Letters výsledky dosud nejpodrobnějších simulací vzniku Měsíce. Díky výrazně vyššímu rozlišení a zahrnutí jevů, které v dřívějších modelech unikaly, mohli vědci sledovat celý proces s nebývalou přesností. Pro lepší představu: K závěrům vedlo zhruba 400 simulací, z nichž každá zabrala superpočítačům 25–50 hodin výpočtů.

Největší překvapení přineslo zjištění, že mohl Měsíc vzniknout už několik hodin po srážce, tedy nikoliv po tisících let, jak uváděly starší modely. Ukázalo se také, že asi 60 % jeho hmoty pochází přímo ze Země, zatímco dřív se předpokládalo, že jej až z 80 % tvoří materiál Theie.

Blízká planetární sestra

Vědecké modely naznačují, že se Theia pravděpodobně nezformovala daleko od Země, ale spíš v její bezprostřední blízkosti, v tzv. Lagrangeových bodech L4 či L5. Jedná se o dvě gravitačně stabilní oblasti v systému Slunce–Země, které se nacházejí 60° před naší planetou na její trajektorii, respektive 60° za ní.  Theia mohla v jednom z uvedených bodů stabilně kroužit a postupně narůst do velikosti srovnatelné s Marsem. 

Zmíněná stabilita ovšem nebyla trvalá. Podle přijímané teorie vedly nakonec gravitační poruchy především od Jupitera či Venuše k narušení oběžné dráhy Theie, což ji z libračního bodu vychýlilo a nasměrovalo na kolizní kurz se Zemí. Přesné detaily však zůstávají předmětem výzkumu. Studie prověřují různé scénáře, ale konkrétní dynamiku toho, jak mohla kolizi odstartovat například gravitace Venuše, se zatím nepodařilo plně objasnit.

Theia pod našima nohama?

Srážka s Theiou tedy vysvětluje vznik Měsíce, ale vedle toho se objevila i odvážná myšlenka, že mohla přispět ke vzniku deskové tektoniky, jež je pro naši planetu jedinečná. Podle některých studií se totiž část hustšího a chemicky odlišného materiálu z pláště Theie nevmísila do Měsíce, ale propadla hluboko do zemského nitra. Právě tam se nacházejí záhadné útvary zvané LLSVP neboli Large Low-shear-velocity Provinces – dvě obrovské, horké a husté „hory“ v planetárním plášti, ukryté hluboko pod Afrikou a Pacifikem. 

Vědci je odhalili díky seismické tomografii, tedy jakémusi „CT vyšetření Země“, při němž se sleduje, jak se seismické vlny šíří jejím nitrem. A ukázalo se, že se v uvedených oblastech pohybují pomaleji, což znamená, že se tamní materiál od okolí liší.

Dlouho se nevědělo, odkud útvary pocházejí. Simulace z roku 2023 však posílily hypotézu, že by se mohlo jednat o zbytky Theina pláště, které po dávném impaktu klesly až na dno pláště naší planety a přetrvaly tam dodnes. Pokud by se předpoklad potvrdil, měli bychom v nitru Země přímý důkaz existence Theie, kosmické fosilie staré 4,4 miliardy let. 

Nicméně australští vědci nedávno zjistili, že zmíněné útvary nejsou pevné a neměnné, ale naopak se během stamilionů let posouvají a přetvářejí. Oslabuje to sice představu, že máme co do činění s neporušeným pozůstatkem Theie; zároveň se tím však nevylučuje, že je daný materiál opravdu velmi starý. Spíš než o fosilii v původní podobě by tak šlo o „koktejl“ dávných zbytků, který se neustále promíchává prouděním hmoty v plášti. 

A nakonec existuje ještě jednodušší možnost, a sice že zmíněné útvary vůbec nepocházejí z Theie: Mohlo by se totiž jednat o pozůstatky dávných kontinentů, „stažené“ subdukcí z povrchu Země do jejích hlubin.

Obnažená oběžnice

V dávné minulosti představovala Sluneční soustava divoké místo. Malé planety a planetky do sebe narážely, rozbíjely se a zase spojovaly. Často přitom ztratily svůj kamenný obal a zůstalo jen kovové jádro. Důkaz nabízejí třeba železné meteority, pocházející z desítek takových dávno zničených těles. Někdy se mohly zrodit celé „kovové světy“ – malá planetární embrya sestávající téměř výhradně z železa a niklu. Dokonce i Země možná v minulosti přišla o část kamenného pláště při prudkých srážkách. Čím je však planeta větší, tím hůř se dá její slupka „oloupat“.

Přesto existují skutečné příklady takových „oholených“ těles. Zdá se, že asteroid 16 Psyche, k němuž aktuálně míří stejnojmenná sonda NASA, tvoří převážně kov. Možná se jedná o obnažené jádro dávné planety, které nám umožní doslova nahlédnout do jejího nitra. A pak je tu Merkur, nejmenší oběžnice Sluneční soustavy. Vědci mu přezdívají „obnažená planeta“, protože jeho neobvykle vysoká hustota ukazuje, že kdysi o velkou část svého kamenného pláště přišel a zůstal hlavně kov.

Mohla být i Theia převážně kovová? Možná ano, a jeden z důkazů nejspíš skrývá samotná Země: Její jádro je totiž o 6–10 % větší, než bychom čekali. Může to znamenat, že se při zmíněné obří srážce kovové nitro Theie spojilo s tím zemským. Je přitom zajímavé, že Venuše, která se Zemi podobá velikostí i složením, žádné „přerostlé“ jádro nemá. Mohlo by to naznačovat, že právě naše planeta – na rozdíl od Venuše – kdysi pohltila převážně kovovou Theiu.

Otázky pro zítřek

Theia dávno zanikla a svůj příběh už nám možná nikdy neodhalí. Její srážka s naší planetou však dala vzniknout Měsíci, a dokonce mohla přispět ke vzniku deskové tektoniky. Část jejího materiálu se také může ukrývat hluboko uvnitř Země a jiné stopy se nacházejí přímo v železném jádru našeho planetárního domova.

Theia tak představuje fascinující připomínku doby, kdy ještě ve Sluneční soustavě vládl chaos a kdy se o podobě dnešních oběžnic rozhodovalo v kolizích nevídaných rozměrů. A i když už ji nikdy nespatříme, její dědictví zůstává zapsané v Měsíci nad našimi hlavami i v samotném srdci Země.