Wäre es in den Anfängen des inneren Sonnensystems anders verlaufen, könnte das großartige Schauspiel einer totalen Sonnenfinsternis ein monatliches Ereignis sein.
Darstellung der Neigung der Mondbahn in Bezug auf die Erde-Sonne-Ebene. Deshalb haben wir nicht jeden Monat Mond- und Sonnenfinsternisse. Nicht maßstabsgetreu. Bild über NASA SpacePlace.
Von Graham Jones von tensentences.com
Die bevorstehende totale Sonnenfinsternis vom 21. August 2017 - dürfte eine neue Generation von Sonnenfinsternisjägern inspirieren. Wann ist nach dieser Sonnenfinsternis die nächste? Eher eine lange Zeit stellt sich heraus. Abgesehen von vier partiellen Sonnenfinsternissen, die zumeist in extremen südlichen oder nördlichen Breiten stattfinden, müssen wir bis zum 2. Juli 2019 auf die nächste totale Sonnenfinsternis warten, die sich über Chile und Argentinien erstreckt und bei Sonnenuntergang südlich von Buenos Aires endet.
Dies wirft die Frage auf: warum? Da der Mond die Erde einmal im Monat umkreist (genauer gesagt, er bewegt sich alle 29,53 Tage zwischen Erde und Sonne), warum haben wir nicht jedes Jahr 12 oder 13 Sonnenfinsternisse? Ich organisiere Workshops zur Sonnenfinsternis für Studenten, und diese Frage hat sich als nachdenklich erwiesen. Die einfache Antwort ist, dass die Umlaufbahn des Mondes um die Erde um fünf Grad zur Ebene der Erdumlaufbahn um die Sonne geneigt ist. Infolgedessen passiert aus unserer Sicht auf der Erde normalerweise auch der Mond über oder unten die Sonne jeden Monat bei Neumond.
Aber es gibt eine tiefere Frage: Warum ist die Umlaufbahn des Mondes geneigt? Die Schüler sind oft überrascht, dass wir auf diese Frage keine eindeutige Antwort haben. Tatsächlich handelt es sich um ein Puzzle, das als Mondneigungsproblem.
Ende 2015 veröffentlichten zwei Planetenforscher - Kaveh Pahlevan und Alessandro Morbidelli - eine elegante Lösung. Sie hatten Computersimulationen durchgeführt, um die Wirkung von zu untersuchen Kollisionsfreie Begegnungen (Beinaheunfälle) zwischen dem Erd-Mond-System und großen Objekten, ähnlich den heutigen Asteroiden, die bei der Bildung der inneren Planeten entstanden sind. Ihre Ergebnisse - veröffentlicht im Fachjournal Natur - zeigte, dass diese Objekte den Mond durch die Schwerkraft in eine geneigte Umlaufbahn geschleudert haben könnten.
ein. Die Bildung des Mondes in der Äquatorialebene der Erde. b. Die Ausdehnung der Umlaufbahn des Mondes und die kollisionsfreie Begegnung mit einem großen inneren Körper des Sonnensystems. c. Der kumulative Effekt vieler solcher Begegnungen hat die Umlaufbahn des Mondes relativ zur Erde geneigt. Bild über Canup, R. (2015) Nature, 527 (7579), 455-456 / AstroBites. Nicht maßstabsgetreu)
Einige dieser großen Objekte wären irgendwann mit der Erde zusammengestoßen - und dies liefert eine Antwort auf ein anderes Rätsel. Bei der Entstehung der Erde wären Edelmetalle wie Platin und Gold in den Eisenkern unseres Planeten gebracht worden. (Edelmetalle sind siderophil, das heißt eisenliebend.) Platin und Gold sind jedoch in relativ hohen Mengen auf der Erdoberfläche zu finden, was darauf hindeutet, dass sie später auf die Erde geliefert wurden.
So werden die großen Objekte von Pahlevan und Morbidelli zu Multitaskern. Erstens drängen sie durch kollisionsfreie Begegnungen den Mond in eine geneigte Umlaufbahn. Wenn sie dann in die Erde krachen, liefern sie Edelmetalle. Robin Canup, ein weiterer Planetologe, hob die Bedeutung dieser Doppelrolle in einer anderen hervor Natur Artikel, als sie schrieb:
Hätte es eine solche Population von Objekten nicht gegeben, könnte der Mond in der Umlaufbahn der Erde kreisen und totale Sonnenfinsternisse als spektakuläres monatliches Ereignis auftreten. Aber unser Schmuck wäre viel weniger eindrucksvoll - eher aus Zinn und Kupfer als aus Platin und Gold.
Kaveh Pahlevan arbeitet derzeit an der School of Earth and Space Exploration der Arizona State University. Ich habe ihn nach seiner Arbeit gefragt - angefangen mit zwei Fragen von Studenten in meinen Eclipse-Workshops. Das heißt, die Leute sind oft überrascht zu erfahren, dass es viel über den Mond gibt, was wir nicht vollständig verstehen, einschließlich der Frage, wie er entstanden ist. Als ein Student fragte:
Wir haben einen Vorbeiflug an Pluto gemacht. Wir haben Exoplaneten entdeckt. Wir untersuchen ferne Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher. Wie ist es also möglich, dass wir noch nicht sicher sind, was den Mond angeht?
Pahlevan antwortete:
Wenn Sie im 17. oder 18. Jahrhundert gelebt hätten, hätten Sie dieselbe Beobachtung über den Ursprung der Lebewesen gemacht: Wir hatten den Globus umrundet; Wir hatten ferne Länder und Meere mit einer Flora und Fauna entdeckt, die wir uns nie vorgestellt hatten. Dennoch haben wir den Ursprung der Arten nicht verstanden. Es ist einfacher, eine Bestandsaufnahme über das zu machen, was heute beobachtet werden kann, als zu versuchen, auf frühere und nicht beobachtbare Ursprungsereignisse zu schließen.
Bei einem Verbrechen kommt die Ermittlungspolizei schnell vor Ort und versucht, die Beweise aufzubewahren. Im Fall der Entstehung des Mondes gab es ein gewalttätiges Ereignis, aber es gab keine Zeugen, und wir kommen fünf Milliarden Jahre zu spät am Tatort an! Die meisten Beweise für dieses Ereignis wurden in den folgenden Äonen ausgelöscht. Wir müssen uns die wenigen verbleibenden Beweise ansehen, um zu versuchen, eine Geschichte zusammenzustellen. Es ist eine Herausforderung. Aber es ist ein Teil unserer eigenen Ursprungsgeschichte, und das ist es, was fasziniert.
Wissenschaftliche Methode, über Year Nine Science Skills.
Wann (wenn überhaupt) können wir eine endgültige Antwort auf die Entstehung des Erde-Mond-Systems geben? Pahlevan sagte:
Entwicklungen sind selten endgültig. Um Fortschritte zu erzielen, müssen wir unsere Unwissenheit anerkennen. Selbst wenn wir Ideen haben, die eine gewisse Erklärungskraft zu haben scheinen, halten wir sie neben Zweifeln aufrecht und erkennen an, dass sie möglicherweise falsch sind. Es ist menschlich, Geschichten mit erklärender Kraft haben zu wollen: Dies ist die Quelle von Ursprungsmythen auf der ganzen Welt. Aber mit unseren wissenschaftlichen Ursprungstheorien haben wir gelernt, dass sie immer vorläufig sind. Wir müssen uns der Grenzen unseres Wissens bewusst sein, wenn wir Fortschritte erzielen wollen.
Ein Bereich, der vielversprechende Fortschritte verspricht, sind Beispieldaten. Die Apollo-Astronauten brachten während ihrer kurzen Mondaufenthalte in den 1960er und 1970er Jahren fast 400 Kilogramm Mondgestein zurück. Die Technologie zur Analyse der Zusammensetzung dieser Gesteine hat sich in der Zwischenzeit des halben Jahrhunderts enorm verbessert. So können wir jetzt einige Signale aus den Mondgesteinen herausfiltern, die wir vorher nicht konnten.
Das ist aufregend, weil die Atome in den Mondgesteinen - die Atome im Mond - während des Ereignisses des Mondursprungs dort waren und in gewisser Weise Zeugen dessen sind, was passiert ist. Die Verwendung der in diesen Beispielen aufgezeichneten neuen verfügbaren Signaturen zum Testen und Entwickeln unserer Ideen ist ein Bereich, der für den Fortschritt reif ist.
Dank der Apollo-Missionen zum Mond können Wissenschaftler Mondgesteine analysieren. In gewissem Sinne sagte Kaveh Pahlevan: "... Sie sind Zeugen dessen, was passiert ist."
Pahlevans Arbeit von 2015 mit Alessandro Morbidelli untersucht die Auswirkungen der kollisionsfreien Begegnungen, die Kollisionen zwischen der Erde und anderen Körpern im inneren Sonnensystem vorausgingen. Ich fragte Pahlevan, wie er und Morbidelli diese Idee ursprünglich hielten, und entwickelte sie später weiter. Er sagte:
Vor einigen Jahren nahm ich an einer Konferenz in Ascona (Schweiz) teil, auf der Dr. Morbidelli einen Vortrag über die Entstehung der Erdplaneten hielt. Er erwähnte, dass der mondbildende Aufprall der letzte Riesenaufprall in der Entstehungsgeschichte der Erde gewesen sein könnte, vielleicht weil zuvor erzeugte Satelliten durch Begegnungen mit anderen massereichen Körpern im inneren Sonnensystem gravitativ verloren gegangen wären, was sehr bedeutsam war überfüllter Ort zu der Zeit. Ich wusste, dass die Mondneigung ein offenes wissenschaftliches Problem war, und dort wurden die Samen für dieses Projekt gepflanzt. Ich ging nach Hause und machte einige Berechnungen.
Später sprach ich Dr. Morbidelli auf einer anderen Konferenz über die Anwendung kollisionsfreier Begegnungen auf das Problem der Mondneigung an. Er zeigte Interesse an der Idee und lud mich 2012 nach Nizza, Frankreich, ein, um an diesem Projekt zu arbeiten. Dr. Morbidelli beherrscht die numerischen Integrationen fließend, was sehr selten vorkommt. Als die Idee auf den Weg gebracht wurde, ging es schnell voran und es wurde sofort klar, dass dort Potenzial vorhanden war.
Einige professionelle Astronomen verbringen ihre Zeit vor einem Computer und schauen nie in den Himmel.Sie sind ein Planetenforscher, kein Astronom, aber verbringen Sie jemals Zeit damit, sich mit den Objekten Ihres Studiums auseinanderzusetzen?
Ich bin Theoretiker und verbringe daher nicht viel Zeit mit Teleskopen oder an Orten, an denen der Himmel dunkel ist. Wenn wir draußen sind, fragen mich meine Freunde, die keine Wissenschaftler sind, manchmal: "Wo ist der Mond?" Ich habe keine Ahnung, wo er ist. Aber manchmal bemerke ich es am Himmel, wenn ich meinen Tag anfange. Es ist eine Erinnerung, wieder an die Arbeit zu gehen.
Graham Jones, der diesen Artikel geschrieben hat, organisiert Sonnenfinsternis-Workshops für Studenten über tensentences.com. Graham wird auf timeanddate.com eine Live-Berichterstattung über die Sonnenfinsternis vom 21. August präsentieren.
Fazit: Die Neigung des Mondorbits um fünf Grad - der Grund, warum Sonnenfinsternisse selten sind - wurde kürzlich durch kollisionsfreie Begegnungen (Beinaheunfälle) zwischen dem System Erde-Mond und großen Objekten erklärt, die bei der Entstehung des Mondes übrig geblieben sind inneres Sonnensystem.