매우 유사한 두 이웃이 유전자 검사를받는다고 상상해보십시오. 시험에 따르면 쌍의 유전자 지문은 사실상 동일합니다. 그들은 충격과 흥분의 번쩍임을 느낍니다. 이것이 무엇을 의미합니까? 병원 믹스 업에서 분리 된 긴 쌍둥이가 될 수 있습니까?
지구와 달은 주요 과학적 퍼즐을 제기하는 비슷한 문제를 공유합니다. 동위 원소 수준 (암석의 유전자”수준에서 지구와 달은 본질적으로 동일합니다. 그들은 상대적인 양의 암석과 철분을 가지고 있지만, 지구와 달의 암석은 여러 가지 다른 요소에서 동일한 동위 원소 서명을 공유합니다. 산소가 가장 많이 연구됩니다. 이 동위 원소 유사성은 수십 년 동안 과학자들을 막았습니다. 그것은 달의 기원에 대해 무언가를 의미해야하지만 정확히 ?
지난 세기 동안 천문학 자들은 달이 어떻게 형성되었는지에 대한 몇 가지 이론을 제시했습니다. 어쩌면 달은 지구에 의해 중력으로 포착 된 방황하는 행성이었을 것입니다 ( 포획 이론). 아마도 초기 지구가 너무 빨리 돌면서 달을 바라 보았습니다 ( fission 이론). 또는 아마도 젊은 지구는 또 다른 성장하는 행성에 맞았고 이것은 달을 만들었습니다 ( 거대한 충격 이론). 최근 몇 년 동안이 아이디어의 세 번째는 선호 모델로 인수되었습니다.
거대한 충격 이론은 젊은 태양 주위의 가스와 먼지 디스크에서 합쳐진 전체 태양계의 형성에 대해 우리가 알고있는 것을 반향합니다. 지구와 다른 행성들은 먼지 입자부터 시작하여 행성 크기의 몸 사이의 대규모 영향으로 일련의 충돌로 자랐습니다. 성장하는 지구와 관련된 마지막 거대한 영향은 지구 주변의 궤도에 바위 잔해의 디스크를 만들어 달을 낳았을 수 있습니다. 거대한 충격 모델은 너무 인기가있어서 충격에 관련된 두 기관에는 이름이 있습니다. (지구의 조상) 및 theia (달의 어머니 인 그리스 여신의 이름을 딴 충격적인 몸).
이 두 몸을 더 잘 이해하려면 유전학을 살펴 봐야합니다. 여기서, "유전자"정보는 특정 요소의 다른 동위 원소의 절묘한 지구 화학적 측정을 말합니다. 산소는 3 개의 안정적인 동위 원소를 갖기 때문에 특히 유용합니다. O, O 및 O. (동위 원소는 모두 핵에 동일한 수의 양성자를 가지고 있지만 중성자 수는 다릅니다.) 정확한 측정은 지구와 달이 같은 산소 지문, 즉 다른 동위 원소의 풍부함을 공유한다는 것을 보여주었습니다. 소형 차이는 2014 년에 처음으로 측정되었습니다. . 지구와 화성 사이의 산소 동위 원소의 차이는 약 30 배 더 큽니다 (약 300 파트)
거대한 충격 이론에서, 프로토 아스와 테리아는 일반적으로 다른 산소 동위 원소 시그니처를 갖는 것으로 가정된다. 각 행성의 서명은 궤도에 의해 결정되기 때문입니다. 아마도 거의 동일한 서명을 얻는 유일한 방법은 두 행성이 거의 동일한 궤도에 형성되는 것입니다.이 행성은 행성이 자라는 방식에 맞지 않습니다. 따라서 지구와 Theia가 다른 지문을 가지고 있다면 왜 지구와 달이 같은 것을 공유합니까?
이 문제에 대한 몇 가지 잠재적 해결책이 있지만 정의에 따라 매우 가능성은 거의 없습니다. 하나의 가능한 해결책은 달이 프로토 아스와 르아의 동일한 혼합으로 형성되었다는 것입니다. 그러나 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 대부분의 영향에 대해 달이 합쳐진 잔해 디스크는 Theia의 재료에 의해 지배되며, 프로토 아스에서 10-40 %의 기여를합니다. 또 다른 가능한 해결책은 충격 후 달-형성 디스크가 지구와 화학적으로 평형을 이용한다는 것입니다. 이 평형은 실제로 발생해야하지만 현재 계산은 달을 건설하는 데 필요한 시간보다 훨씬 오래 걸린다는 것을 시사합니다.
4 월 9 일 자연 , Alessandra Mastrobuono-Battisti, Hagai는 Perets이며, 나는이 오랜 퍼즐에 대한 새로운 해결책을 제안합니다. 전제는 간단합니다. Theia와 The Proto-Aerth가 이미 동일한 화학 조성물을 공유했다면 어떻게해야합니까? 그것이 사실이라면, 거대한 영향 시나리오 는 할 수 없었습니다. 피하십시오 지구와 같은 구성으로 달을 형성합니다.
이 아이디어를 테스트하기 위해, 우리는 지구와 다른 바위 행성의 형성에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 제품군을 사용했습니다. 시뮬레이션은 어린 태양을 공전하는 수천 개의 바위 몸이 들어있는 디스크의 궤도를 따랐습니다. 작은 시체는 약 1 천만 년에 걸쳐 충돌하여 자랐으며 지구와 다른 3 개의 지상 행성과 비슷한 행성을 형성했습니다.
각 시뮬레이션은 올바른 크기에 대한 행성과 지구와 같은 궤도에 지구“아날로그”를 생성했습니다. 우리는 구성 기관인“수유 구역”을 검사함으로써 각각의 시뮬레이션 된 행성의 계보를 추적했습니다. 좁은 수유 구역이있는 행성은 매우 밀접한 궤도의 재료로만 형성되며, 본질적으로 좁은 고리에서 나옵니다. 대조적으로, 넓은 수유 구역을 가진 행성은 매우 다른 궤도에서 시작된 물체와의 충돌로 인해 넓은 디스크입니다.
행성의 화학 지문은 단순히 행성이 자란 모든 몸의 지문의 합입니다. 다시 말해, 행성의 수유 구역은 화학 시그니처를 결정합니다. 우리는 시뮬레이션 된 각 지구 아날로그의 성장을 검사했습니다. 특히 중요한 것은 각 행성의 마지막 거대한 영향, 즉 프로토 아스와 시리아 사이의 충돌이었습니다. 우리는 그들이 충돌하기 전과 후에이 몸의 수유 구역을 계산했습니다. 그것이 일이 흥미로워지는 곳입니다.
놀랍게도, 우리는 프로토 아스와 테리아 아날로그가 종종 유사한 수유 구역을 공유한다는 것을 발견했습니다. 그들이 충돌하기 전에, 그들은 비슷한 배포의 빌딩 블록에서 자랐습니다. 이것은 모든 시뮬레이션에서 발생하지는 않았지만 약 1/4 시간 동안 발생하는 강력한 현상이었습니다. 이것은 우리가 구상 한 시나리오가 실제로 가능하다는 것을 의미합니다. 지구와 달도 지문을 공유해야한다는 것이 합리적입니다. 이웃들은 오래 지속되는 쌍둥이이기 때문에 동일한 유전학을 공유하지만 조상은 동일한 고대 인구의 비슷한 혼합 이었기 때문에
우리의 시뮬레이션에서, Theia 아날로그의 수유 구역은 거의 항상 다른 근처 행성보다 프로토 아스와 훨씬 더 유사했습니다. 화성은 지구와 달과 매우 다른 동위 원소 지문을 가지고 있기 때문에 이야기에 잘 맞습니다.
퍼즐의 마지막 부분은 시뮬레이션을 사용하여 행성의 실제 동위 원소 서명을 계산하는 것입니다. 지구와 달이 실제로 부품 수준에서 동일 해야하는지 확인합니다. 시작 조건이 무엇인지 모르기 때문에 이것은 까다 롭습니다. 화학적 구배는 태양의 행성 형성 디스크는 무엇입니까? 우리는 단순히 모릅니다. 간단한 가정을하면서, 우리는 상당 부분의 시뮬레이션 (약 10-25 %)이 좋은 일치를 제공한다는 것을 발견했습니다. Nathan Kaib와 Nick Cowan의 다른 연구는 다른 결과를 발견했기 때문에이 단계에 대한 논쟁이 있습니다. Proto-arth와 Theia는 지구와 달을 재현 할만 큼 충분히 비슷한 결과를 얻었습니다. 두 그룹의 차이점은 미묘하지만 중요하며 우리는 그것들을 분류하기 위해 노력하고 있습니다.
그래서 당신은 그것을 가지고 있습니다. 지구와 달과 비슷한 동위 원소 지문은 프로토 아스와 리아가 이미 유전 적 조상을 공유했다고 말할 수 있습니다. 그들의 화학 시그니처는 동일한 소스 재료에서 자랐기 때문에 거대한 충격 이전에 동일했습니다. 우리는 행성 유전학 덕분에 이것을 알고 있습니다.
Sean Raymond는 행성 시스템의 형성과 진화를 연구하는 천문학 자입니다. 그는 또한 Planetplanet.net에서 블로그입니다.
