2.
Een blik op de maan
De voorkant: inslagkraters en maria ( = grote basaltrijke
inslaggebieden)
3.
Maan keert steeds zelfde kant naar aarde
Oorzaak is d getijdenwerking van aarde op maan
Is dat gevolg van getijdenwerking van aarde op
maan? Aardmassa = 81 x maan. De kracht die de
getijden veroorzaakt is evenredig met de diameter
van de maan
Maandiameter = 0,27 aarde.
Zo vinden we: getijdenkracht op de maan is nu ca. 22
maal groter dan die welke de maan op aarde
veroorzaakt. Vroeger was dat anders
Rotatietijd = revolutietijd
4.
Miljarden jaren geleden stond de maan dichter bij de
aarde dan nu het geval is (wordt later in deze presentatie
toegelicht)
De kracht die de getijden verorzaakt is omgekeerd
evenredig met de derde macht van de afstand tussen de
aarde en de maan
Toen de maan halverwege de huidige afstand stond was
de kracht dus acht maal groter.
En zo voort
Dat is de oorzaak van de gelijkheid van rotatie- en
revolutietijd
Miljarden jaren geleden
5.
Deel van achterzijde. Pas gezien door de
ruimtevaart. Meer kraters dan voorzijde? En waarom?
6.
Het planetenstelsel
Is de maan tegelijk en/of op dezelfde wijze als de aarde
en de andere planeten ontstaan ?
Aarde en maan zijn onderdeel van het planetenstelsel.
Hoe is het planetenstelsel ontstaan ?
7.
Het planetenstelsel. 4 binnen- en 4
buitenplaneten, meer dan halt miljoen planetoïden; duizenden ijsdwergen
16.
Daarin is zelfs een planeet ontdekt.
De vraag: hoe ontstaan die planeten
17.
Een computerpoging om het ontstaan van
de 4 binnenplaneten te simuleren. Rotsblokken
van diverse massa’s en afstanden tot zon botsen en versmelten soms
20.
4567 miljoen jaren geleden vormden zich de eerste chondrieten in
een protoplanetaire schijf
Die schijf zal aanvankelijk wel min of meer bolvormig geweest zijn
Hij zal ook wel langzaam om een as gewenteld hebben
En door combinatie van de aswenteling, rotatie en zwaartekrachts-
aantrekking wordt de wolk afgeplat
Daarin ontstonden de planeten door botsingen en samenvoeging
van gas en stof, mede onder invloed van de zwaartekracht
Dit proces nam ca. 30 miljoen jaar. Alle planeten dus in hetzelfde
vlak
De allergrootste massa (> 99 %) kwam terecht in een centrale
condensatie , dit werd de zon, maar pas nadat daar de centrale
dichtheid en temperatuur hoog genoeg waren.
Toen kon daar kernfusie optreden en begon de zon te stralen
Zo ontstond ook ons planetenstelsel
21.
Het gaat snel: de protoplanetaire gasschijf is na 5 - 10
miljoen jaar verdwenen en overgegaan in een immense
verzameling rotsblokken, stenen en gruis
22.
De planeten vormden zich uit het restje van de
stofwolk. Hun totale massa is minder dan een
procent van die van de zon
Verscheidene dergelijke hemellichamen ontstonden
op soortgelijke afstand van de zon als de aarde.
Door botsingen bleef daar uiteindelijk slechts de
aarde over (met de maan)
Tussen 4,0 en 3,8 miljard jaar ondergingen ze het late
hevige bombardement van rotsblokken enz., zoals uit
tellingen van maankraters en ouderdomsbepalingen
van meegebrachte maanstenen is afgeleid
Samengevat: de eerste fase
23.
De kernvraag: zijn de
satellieten ook zo ontstaan?
Zijn ze als ‘kleine planetenstelsels’ ontstaan?
Onderzoek daarvoor de hoeveelheid rotatie van de satelliet
( = het impulsmoment).
Ons stelsel blijkt bijzonder te zijn
24.
Wet van behoud van impulsmoment; dit is de wet
van behoud van hoeveelheid rotatie
Noem de massa m, de afstand tot het
rotatiemiddelpunt r en de rotatiesnelheid v
Dan is voor een gesloten systeem het product m.v.r
constant (zo lang er geen wisselwerking is met de omgeving).
Dus: m, zowel als v als r kunnen veranderen, maar
hun product niet – dat blijft constant
Als voorbeeld de beweging van de maan om de
aarde
Een belangrijke natuurwet
26.
Twee getijdengolven aan weerskanten van de aarde
De golf draait eenmaal in 27 dagen in het rond, parallel
aan de omloop van de maan
Aarde draait daar eenmaal per 24 uur onder door
De wrijving tussen vloedgolf en aarde veroorzaakt
afremming van de aarde
Aarde gaat langzamer draaien en zo wordt de dag in een
eeuw 1,7 milliseconde langer
Impulsmoment m.v.r blijft echter constant en daarom
neemt de afstand maan tot aarde toe, met 4 cm per jaar
Dit kleine effect verklaart waarom de maan vroeger
zoveel dichter bij de aarde stond
Getijden zijn gevolg van
aantrekking door maan
27.
De massa van de maan is 81 maal kleiner dan die van de
aarde
Het baanimpulsmoment blijkt echter vrijwel gelijk aan
dat van de rotatie van de aarde
In getallen: het impulsmoment van de omloop van de
maan is ca. 0,6 van het impulsmoment van de aard-
rotatie.
Dit is een wanverhouding die onverklaarbaar groot lijkt !
Dit is een reden om aan te nemen dat het stelsel van aarde
en maan niet is ontstaan als een ‘klein planetenstelsel’.
Bezie nu stelsel Aarde-Maan
28.
Het dilemma van de
maan
Hoe kan de geboorte van de maan met dat
enorme impulsmoment dan wèl begrepen
worden ? ‘Iets’ moet ‘eens’ de maan een zeer
krachtige zet gegeven hebben
29.
Ontstaan planetenstelsel begon 4567 ± 2 miljoen jaar
geleden
Ouderdom van aarde is 4.540 ( ± 50) miljoen jaar
Maangesteenten uit hooglanden van de maan zijn ca. 4500
( ± 50 ) miljoen jaar oud. Is de maan dus zo oud?
Te onnauwkeurig voor een goede chronologie
Op zijn best suggereren de getallen dat de maan vrijwel
gelijktijdig met de aarde en het planetenstelsel ontstond
(nauwelijks iets later ?)
Hoe verliep het ontstaan? Daar zijn verscheidene
theorieën over
Is de maan jonger dan de aarde?
30.
(1): De maan is elders ontstaan en daarna gevangen door de aarde; zo
kwam hij in zijn baan (een oude theorie; recent opnieuw voorgesteld door
S.F. Singer).
Dat kan niet als hij daarbij niet tegelijk afgeremd wordt. Hoe en waardoor?
Niet echt uitgesloten maar ook niet aanvaardbaar zolang de afremming
niet verklaard worden Maar: voor de buitenste satellieten van Jupiter enz.
is vangst wel de meest aanvaarde hypothese. Hoe zit dat? Botsingen
misschien?
(2) Uitstoting. Een snel roterende aarde stootte een deel van de massa uit
door middelpuntvliedende kracht (G. Darwin). Maar hoe dan wel ? En
hoe kwam die maan in een bijna cirkelvormige baan?
En deze onderstelling verklaart evenmin het enorme impulsmoment van
de omlopende maan
Een opsomming van theorieën
31.
(3) Explosie van een georeactor , gesitueerd op de aardse
kern-mantel grens (De Meijer, Van Westrenen) Maar hoe
werkte deze kernbom? Met name: het explosieve
karakter. Waarom heeft Venus dan geen maan? Hoe
kwam de maan in deze theorie aan zijn impulsmoment en
zijn vrijwel cirkelvorige baan?
Dit verklaart wel de gelijke chemische compositie van
aarde en maan, maar weer niet het grote impulsmoment.
Er zijn zo heel wat bespiegelingen die uiteindelijk
onvruchtbaar(b)lijken
Verdere opsomming
32.
De Grote Inslag (Giant
Impact Hypothesis)
Het meest waarschijnlijk lijkt de
onderstelling dat de maan ontstond door
een rakelingse botsing van een groot
hemellichaam met de aarde.
33.
Rakende botsing
In de eerste fase van het planetenstelsel
bestond een aantal hemellichamen met
banen, die ongeveer even ver van de
zon verwijderd waren als die van de
aarde.
Een daarvan wordt Theia gedoopt.
Een rakende botsing bracht het
impulsmoment over en dat betekende
tevens het einde van Theia
Computersimulaties kunnen nagaan of
de maan zo kan zijn ontstaan
34.
Een van de vele computersimulatie;
we zien de maan ontstaan
36.
Computer simulaties tonen dat het lichaam ongeveer zo zwaar
moet zijn geweest als Mars. De invalshoek was 45 graden; de
relatieve snelheid 4 km/seconde
Botsingenergie verhit het materiaal
Deel van het materiaal vormt een lange arm van zeer heet stof en
gas
Een deel daarvan (20%) verdwijnt de ruimte in en een ander deel
(50%) koelt af, condenseert, klit tezamen ,valt deels terug op de
aarde en een ander deel vormt ten slotte de maan. In sommige
simulaties ontstond ook nog (eventjes) een tweede kleinere satelliet
Jonge maan aanvankelijk op niet te grote afstand van de aarde – dit
gaf extreem sterke getijdenwerking ! rotatietijd = revolutietijd
Enkele aspecten van de grote
inslag
37.
Zonder twijfel: ja!
Maar slechts zelden leidt dat tot de vorming van een
planeet en zijn maanachtige satelliet
Eerder zal zo een protoplaneet verder aangroeien
Ofwel: de twee objecten worden verbrijzeld en dat
draagt zo bij tot de veelheid van planetoïden
Waren er dan niet nog meer botsingen?
38.
Hoe dit te bevestigen of
te ontkennen
Poging tot verificatie door onderzoek van
beschikbaar maan-materiaal
39.
Onderzoek van maanstenen
Voornaamste bron: Apollo missies brachten 2415 maanstenen mee (382
kg); ook iets van Luna ruimtevoertuigen ( 0,32 kg). (Ribbe van blokje is 2,5 cm)
40.
Meteoorstenen die van de maan afkomstig zijn ! Kan dat?
Ja, dat kan! Bij inslag van een interplanetair lichaam in de maan
spatten stukken gesteente op
De ontsnappingssnelheid is klein : 2,38 km/sec (vergelijk: de
aarde: 11,2 km/sec; bovendien heeft de maan geen atmosfeer)
en zo kan een deel van het opspattende gesteente ontsnappen.
De meeste stukken verdwijnen in de ruimte maar een enkel
brokstuk kan op aarde terechtkomen
Dat het meteorieten zijn blijkt dan o.m. uit de smeltkorst die
ontstaat na verwarming bij de tocht door de aardatmosfeer
Maar ze verschillen ook van andere meteorieten in hun
chemische samenstelling
En ook: maanmeteorieten !
47.
Enkele resultaten:
(a) Veel voorkomend mineraal is anorthiet (CaAl2Si2O8, hoge
concentratie Al en Ca); dit blijkt ook veel voor te komen in
onderzochte delen van de maankorst in de hooglanden
(b) Er zijn weinig of geen vluchtige bestanddelen; dit betekent
dat het maanmateriaal eens zeer verwarmd moet zijn geweest,
waardoor vluchtig materiaal ontsnapte.
(c) Ook weinig waterhoudende mineralen; zelfde verklaring
Verder: (d) De isotopen compositie van het ingesloten water
(zie hierna), en
(e) De isotopen van zink en andere elementen (zie hierna)
Wat het onderzoek leert
48.
In gesteenten werden druppels vulkanisch glas
gevonden
In die ‘druppels’ watermoleculen aangetroffen
Dit betekent dat de proto-aarde reeds water bevatte
in de tijd dat de maan werd gevormd
De intense hitte van de botsing deed toch niet alle
water verdampen (en in de ruimte verdwijnen)
Een deel van het water overleefde blijkbaar de inslag
Dit water werd onderzocht op de isotopen
samenstelling
(d) Speurtocht naar water in
maanstenen
49.
Gehalte aan deuterium is onderzocht in mineralen
afkomstig uit de oudste delen van de maankorst
Het gehalte aan het deuterium isotoop blijkt vrijwel
gelijk te zijn aan dat in het aardse water
Terwijl andere planeten, planetoïden en kometen een
ander gehalte hebben van het deuterium isotoop.
Dit sugereert een zelfde oorprong voor aarde en
maan en terloops ondergraaft dit de onderstelling
dat het aardse water uit kometen afkomstig zou zijn.
(d) Bepaling van het deuterium gehalte
in waterhoudend materiaal
50.
(e) Isotopen onderzoek
Onderzoek van isotopen van
W, Ti, Cr en Zn.
De eerste drie atomen hebben
dezelfde onderlinge isotoop
verhoudingen als op aarde
Zink is vrij vluchtig en toont
merkbare verschillen met aarde
Van het zwaarste zink-isotoop
is het meeste aanwezig; van het
lichtste het relatief minste
51.
De verklaring :
Het verhitte gas tijdens en na de inslag verloor
voornamelijk de lichtste van de isotopen van zink
Van zwaardere isotopen bleef een groter deel
aanwezig; van de zwaarste het meeste
Dus: relatief genomen des te meer naarmate het
zink-isotoop relatief zwaarder is. Fractionering van
de zink-isotopen
Ook dit resultaat bevestigt de Grote Inslag theorie
Steun voor Grote Inslag theorie
52.
Dat betekent dat het materiaal van Theia en van de aarde door
de botsing goed vermengd is
Dit moet wel zo zijn: zie de hoge temperatuur die bereikt werd
tijdens en na de botsing
Daardoor werd deze materie dooreen gemengd en zo
gehomogeniseerd
Besluit: een Grote Inslag als oorzaak van de
geboorte van de maan is wel een zeldzaam
verschijnsel, maar lijkt toch de meest aannemelijke
hypothese. Het was een pijnlijke bevalling die de
aarde bijna haar leven kostte
Gelijke samenstelling van aarde
en maan
53.
Dus: de Grote Inslag
Hypothese?
Intussen gaat het onderzoek voort. De zeldzaamheid is
ongemakkelijk. Waarom of juist daarom gebeurde dit niet met Venus
of Mars. Recente onderstellingen: zoals botsing van twee nog grotere
lichamen en een andere van een botsing met en afremming van een
snel draaiende aarde of toch nog vangst moeten bekeken worden
Niets is zeker en ook dit niet
(Multatuli)
