Midt i København arbejder et hold forskere på at lave en samlet teori for hele solsystemets dannelse, herunder Jorden og Månen og livets opståen. Det gøres blandt andet ved at analysere stykker af ældgamle meteoritter og prøver fra Apollo-missionerne.
Oppe under taget i den ene længe af Statens Naturhistoriske Museum i København (det gamle Geologisk Museum) ligger en lille del af Månen. Udenfor på den store Øster Voldgade drøner travlheden afsted, men inde under skråvinduerne har man kun udsigt til himlen og store spørgsmål som: ”Hvor kommer vi fra?” og: ”Hvordan er vi blevet skabt?”.
Svarene eftersøges i de hundredvis af små stenstykker, der befinder sig i tilsvarende små plastbeholdere i glasskabe langs væggene. Mange stammer fra ældgamle meteorer, men en del kommer fra den eneste anden verden, mennesket har besøgt og kunnet hjemtage prøver fra: Månen.
”Jeg kan da lige finde nogle af Måne-prøverne frem,” siger professor James Connelly og sætter en af plastboksene på et arbejdsbord. Han er geokronolog, altså ekspert i at datere bjergarter, og han har specialiseret sig i uran til bly-datering af sten fra rummet, herunder Månesten. Han er en del af forskningsgruppen STARPLAN og dermed en af dem, der søger svar på de store spørgsmål i disse små stykker sten. Blandt andet ved at finde ud af, hvor gamle de er, og dermed, hvor de passer ind i det store puslespil.
”Det her er prøver fra forskellige sten fra Månen,” siger han og tager låget af boksen og holder den frem. En gul post-it i bunden af kassen bekræfter det. ’Lunar samples’ står der. De er alle skåret ud af større sten, altså små Måne-skiver. Små, flade, grå sten i hver sin lille æske. Det er dem, og en masse tilsvarende i andre kasser, James Connelly og kollegerne hver dag forsøger at fravriste svarene på de store spørgsmål.
Solsystemets dårligste ‘location’
På grund af pladetektonik, vind og vejr her på Jorden findes der ikke længere nogen originale sten fra dengang, Jorden blev dannet. Alle spor fra det tidligste solsystems planetproduktion er altså for længst blevet visket ud, omformet og visket ud igen. Disse kræfter findes ikke på de andre planeter, og derfor er Jorden sådan set det dårligste sted i solsystemet at undersøge dannelsen af solsystemet, fortæller James Connelly. De ældste fragmenter, vi har, er 4,37 milliarder år gamle.
”Vil man se længere tilbage, må man derfor undersøge meteoritter eller sten fra andre planeter og måner. Nogle meteoritter er dannet ganske få millioner år efter Solen og består af det materiale, alle de andre planeter er bygget af,” forklarer han.
De sten giver indsigt i, hvordan planeterne er vokset frem af en sky af bittesmå støvkorn, og det er sådan set imponerende nok. Men James Connelly fortæller, at det, han og kollegerne i sidste ende gerne vil forstå, er, hvor unik – eller ikke unik – Jorden er. Altså hvad det præcis er i et solsystems udvikling, der gør, at der dannes en eller flere beboelige planeter i den rigtige afstand og med den rigtige størrelse.
”Er vi et helt utroligt tilfælde, eller er det faktisk helt almindeligt i universet at have beboelige planeter? Hvis det er, må der jo være mange millioner Jorde bare i vores egen galakse. Og så skulle det da være mærkeligt, om ikke nogle af dem også havde liv?”
Kollisionshypotesen
Noget, der dog efterhånden er rimeligt sikkert, er, at Jorden ikke ville være Jorden, hvis ikke Månen fandtes. De to nabo’planeter’ (Månen er ikke per definition en planet, men en måne) er nemlig højst sandsynligt resultatet af et sammenstød mellem to af solsystemets tidlige planeter, fortæller James Connelly: en slags ikke fuldt udvoksede planeter, der kaldes protoplaneter. Altså en proto-Jord og så en protonaboplanet.
Hvad er en protoplanet?
En planet er først en rigtig planet, når dens masse er så stor, at tyngdekraften overvinder planet-materialets stivhed. Således at tyngdekraften simpelthen er stor nok til at trække materialet – sten eller gas – indad, så planeten bliver rund. Det kaldes hydrostatisk ligevægt. Inden da er den en protoplanet, hvis overflade kan være mere uregel-mæssig.
”Standardhypotesen er, at der har været en gigantisk kollision mellem de to, hvor en stor del af begge planeters masse blev blandet sammen. Det meste blev hængende ved én af dem, som siden blev til Jorden. Den anden planet kom formentlig kun ud af sammenstødet med en smule af sin kerne. Der blev spredt en masse blandet materiale ud i rummet ved sammenstødet, og det samlede sig til en ring rundt om ’Jorden’, der havde størst tyngdekraft. Meget af materialet faldt ned på Jorden og blev en del af planeten, men noget blev også tiltrukket af den anden lille planetkerne. Det dannede Månen.”
Se illustration: Månens dannelse, fra altings begyndelse
Den forklaring er også kendt som kollisionshypotesen. James Connelly fortæller, at det indtil for nogle år siden var den gængse opfattelse, at kollisionen var mellem en proto-Jord og en mindre protoplanet på størrelse med Mars. Den blev kaldt Theia (i græsk mytologi er det navnet på Måne-gudinden Selenas mor).
Man ville selvfølgelig gerne vide mere om oprindelsen af denne mystiske Theia-planet, så nogle af James Connellys kollegaer fra andre laboratorier satte sig for at måle forskellen på grundstoffernes isotoper i sten fra Jorden og sten fra Månen. Forskellige planeter har nemlig forskellige fordelinger af isotoper, lidt ligesom vi mennesker kan kendes på vores fingeraftryk. Derfor ville isotoper, der ikke passede med Jordens isotoper, givetvis skyldes indblanding fra Theia og måske på den måde fortælle mere om denne mystiske protoplanet.
Hvad er en isotop?
De enkelte grundstoffer findes i flere forskellige udgaver, hvor antallet af protoner i kernen er ens, men antallet af neutroner er forskellige. Der er altså tale om det samme grundstof, men blot med lidt forskellig masse. Lidt ligesom kløverplanten oftest har trekløvere, men også kan have firkløvere, som tilhører samme plante. Forskellige planeter har normalt deres egen karakteristiske fordeling af isotoper, som kan bruges til at identificere sten derfra.
”Til alles store overraskelse viste målingerne, at isotopfordelingen i Jord-prøverne og Måne-prøverne var identisk,” siger James Connelly. Hvilket betyder, at den planet, der kolliderede med proto-Jorden, ikke kan have været en udefrakommende ’fremmed’ planet, men nærmere har været en slags tvilling til den tidlige ’Jord’.
Den mystiske tvilling
Fordelingen af isotoper i solsystemets planeter bestemmes blandt andet af, hvor og hvornår i det tidlige solsystem planeterne er dannet. De identiske isotopprofiler giver derfor kun mening, hvis de to objekter, der kolliderede, er vokset cirka det samme sted på cirka det samme tidspunkt. Og desuden har været cirka lige store.
”Det sendte virkelig chokbølger gennem forskersamfundet, for det ændrede vores forståelsesmodel betydeligt. Det skabte selvfølgelig også flere spørgsmål, for eksempel angående de to protoplaneters indbyrdes forhold inden kollisionen. Og især hvad der gjorde, at de pludselig stødte sammen efter ikke at have gjort det under hele deres dannelse,” fortæller James Connelly.
Svaret på det skal dog sandsynligvis hverken findes på Jorden eller Månen, for kollisionen smadrede så meget rundt i alting, at den geologiske tid blev nulstillet. De målemetoder, James Connelly og kollegerne bruger til at datere med, duer ikke til sten, der har været udsat for voldsom genopvarmning, så derfor kan de kun måle tilbage til de sten, der er dannet efter kollisionen.
Indtil videre må forskerne altså slå sig til tåls med de 385 kilo månesten, Apollo-astronauterne tog med sig hjem for et halvt århundrede siden, samt hvad der dumper ned på Jorden i form af meteoritter. Og det er nu ikke så skidt endda. Ved hjælp af en af Apollo-stenene kunne James Connelly og hans kolleger nemlig i starten af 2010’erne fastsætte Månens alder. I hvert fald dens minimumsalder.
”Vi fik lov til at datere et stykke af en af de mest berømte Apollo-sten ved navn 60025, hentet hjem af Apollo 16-missionen. Den stammer fra den lyse del af Månens overflade, som man ved er den ældste.”
Dateringen viste, at stenen var dannet for 4,36 milliarder år siden.
”Det vil sige, at Månens overflade blev dannet cirka 150 millioner år efter, at Solen blev skabt. Før troede man, det kun var cirka 50 millioner år efter Solens dannelse (som var for 4,567 milliarder år siden).”
Igen en stor opdagelse gjort for ganske nylig om den nabo, vi alle gik og troede, at vi kendte så godt. James Connelly fortæller, at man desuden antager, at den ’nyfødte’ Måne må have været meget varm. Tiltrækningskraften mellem materialet fra rest-støvskyen fra den store kollision dannede en klump, der tiltrak andre små klumper, som regnede ned over den voksende Måne.
De mange nedslag har sandsynligvis ledt til en varmeproduktion i en sådan grad, at de yderste dele af den unge Måne må have været flydende. Hele overfladen og et godt stykke nedefter har formentlig været ét stort hav af magma. Magmaen vil dog relativt hurtigt køle af, formentlig har det maksimalt taget 50 mio. år. Når magma køler af, begynder der at blive dannet mineraler, og det sker altid i en bestemt rækkefølge.
Et af de første mineraler til at blive dannet er plagioklas. Det er et ret let mineral, i hvert fald lettere end magma. Derfor flyder det op mod overfladen sammen med andre lette mineraler og danner et tiltagende tykt, fast lag.
”Processen gør, at der med tiden dannes en fast skorpe af bjergarten anorthosit, som består af omkring 90 procent plagioklas. Ved at aldersbestemme et stykke af denne overflade kan vi derfor fastslå, at så gammel er Månen i hvert fald, og så en smule ældre.”
Læs også: Metallerne der ikke rigtig passer ind
Der dannes også tungere mineraler som for eksempel olivin og pyroxen, der synker nedad mod kernen. De udgør Månens indre sammen med en relativt lille kerne af jern og nikkel (se figur herunder).
Det er dog stadig ikke alle i det videnskabelige samfund, der har accepteret den nye, unge alder, fortæller professoren.
”Så vi arbejder selvfølgelig videre på at få endnu flere beviser for vores ’Young Moon’-hypotese.”
Hvad nu hvis ..?
Alle disse aldre er som sagt vigtige at få fastlagt, for ellers hænger tingene ganske enkelt ikke sammen. Den ene hændelse leder jo gerne til den næste, og et meteornedslag på én planet kan lede til dannelsen af nye meteorer, der rammer ned i en anden planet. Og så videre. En historietime ville heller ikke give megen mening, hvis læreren bare remsede en masse hændelser op i vilkårlig rækkefølge uden at oplyse, hvornår hvad skete.
For hver gang James Connelly og kollegerne måler alderen på en ny sten fra rummet, kan de sammen med dens kemiske sammensætning og andre egenskaber tilføje den på tidslinjen fra altings begyndelse og op til i dag. Der er dog stadig en del huller i den historie, så der vil fortsat være en lind strøm af nye meteorer og Måne-prøver ind og ud af laboratoriet i det gamle museum. Hvert døgn lander der i omegnen af 10-20 nye meteorer rundtomkring på Jorden, så der skulle heldigvis være nok at tage af.
Noget, de dog formentlig ikke kommer til at kunne svare på via de gamle sten, er, hvad der kunne være sket, hvis ikke den store kollision mellem de to protoplaneter havde skabt Månen og Jorden. For så havde der jo forsat været to omtrent lige store tvillingeplaneter, og man kan ikke vide, om de ville have udviklet sig ligesom den livs-venlige planet, vi kender nu. Som James Connelly siger, er det svært at måle på noget, der ikke er sket.
”Jeg tror dog, det er usandsynligt, at der ville være skabt to Jorde som den, vi kender i dag. Forholdene ville formentlig være meget anderledes, så det er slet ikke sikkert, livet ville være opstået uden den kollision, der gav os Månen.”
Sådan får forskerne fat i Måne-prøver
Meteoritjægere
Der falder somme tider sten fra Månen ned på Jorden som meteoritter. Det sker, når der har været et meteornedslag på Månen, som har hvirvlet fragmenter højt nok op i luften til, at de er undsluppet Månens tyngdefelt og i stedet er blevet fanget af Jordens. Der findes professionelle meteoritjægere, der rejser rundt i ørkener og andre fjerne, øde egne og indsamler meteoritter for at sælge dem videre, herunder Månemeteoritter. Dem køber forskerne, ofte til ret høje priser. Det kan være mange tusind kroner pr. gram. Dog kan de ofte lave byttehandler med prøver, de er færdige med at undersøge.
Apollo-prøver
Forskerne kan få prøver tilsendt fra NASA’s samling af prøver
hjembragt fra Apollo-missionerne. Her indsendes først en ansøgning med beskrivelse af, hvad prøven skal bruges til, hvor meget man skal bruge m.m. Så vurderer NASA, om formålet er vigtigt nok. Prøven ødelægges nemlig typisk ved analyserne, så der sendes ikke ud til hvem som helst.
Mød eksperten
James Connelly
Professor i geokronologi, Globe Institute ved Københavns Universitet
