De Aarde ontstond veel sneller dan gedacht

23 februari 2020 kuuke 2272 weergaves aarde, ontstaan van de aarde, proto-aarde, zonnestelsel

Inhoudsopgave Laat zien

De Maan De Maan is het enige hemellichaam dat we ‘s nachts heel gemakkelijk kunnen waarnemen. Dat wil zeggen als de Maan er is. De Maan is ‘s nachts prominent aanwezig tot ze soms enige nachten niet zichtbaar is. Het ritme van de maanfases begeleidt de mensheid al vele millennia. Zo zijn de kalendermaanden ongeveer gelijk aan de tijd die nodig is om van de ene naar de andere Volle Maan te komen. De fases van de Maan en de baan van de Maan leidden in het verleden tot veel vragen. Zo zien we bijvoorbeeld altijd dezelfde zijde van de Maan. Dit komt omdat de Maan in zowel 27,3 dagen om zijn as draait als om de Aarde. We zien of de Volle Maan, Halve Maan of geen maan (Nieuwe Maan) doordat de Maan het zonlicht reflecteert. Hoeveel we van de Maan zien is afhankelijk van de positie van de Maan ten opzichte van de Aarde en de Zon. Hoewel de Maan een satelliet is van de Aarde is ze met een diameter van 3475 kilometer groter dan Pluto (er zijn nog vier andere manen in ons zonnestelsel die nog groter zijn). De Maan is 27% van de grootte van de Aarde. Deze verhouding van ongeveer 1:4 is veel kleiner dan bij de andere planeten en hun manen. Dit betekent dat de Maan een grote invloed uitoefent op onze planeet en er mogelijk mede voor verantwoordelijk is dat er hier leven is. Hoe is de Maan ontstaan? De leidende theorie over het ontstaan van de Maan is dat ze is gevormd uit een grote inslag op Aarde. Hierbij werd genoeg materiaal de ruimte in geslingerd om de Maan te vormen. Deze inslag zou hebben plaatsgevonden toen de Aarde nog grotendeels gesmolten was. Het object dat op de Aarde insloeg had ongeveer een massa van 10% van de Aarde. De Aarde en de Maan hebben dezelfde samenstelling. Wetenschappers leidden hieruit af dat deze inslag ongeveer 95 miljoen jaar na het ontstaan van de Aarde moet hebben plaatsgevonden. Alhoewel de inslagtheorie de meest gangbare theorie is is er een discussie gaande waarin men stelt dat de Maan ook kan zijn ontstaan doordat twee kleinere manen met elkaar in botsing zijn gekomen om zo één grote maan te vormen. Een derde theorie suggereert dat de Aarde de Maan van Venus heeft “gestolen”. Interne structuur De Maan heeft vermoedelijk een hele kleine kern die slechts 1 tot 2% van de totale massa van de Maan omvat. De kern heeft een doorsnede van ongeveer 680 kilometer en bestaat voornamelijk uit ijzer maar er zouden ook grote hoeveelheden zwavel en andere elementen voor kunnen komen. De rotsachtige mantel is ongeveer 1330 kilometer dik en bestaat uit compact gesteente dat rijk is aan ijzer en magnesium. In het verleden heeft magma zich een weg gezocht door de mantel heen naar het oppervlak van de Maan. Gedurende meer dan een miljard jaar was er vulkanische activiteit op de Maan maar die vulkanische periode ligt inmiddels wel al meer dan drie miljard jaar achter ons. De korst aan het oppervlak heeft een dikte van 70 kilometer. Het buitenste deel van de korst is bekraterd en onder het oppervlak gebroken door de vele inslagen die in het verleden hebben plaatsgevonden. Dieper de korst in op ongeveer 10 kilometer is het materiaal nog allemaal intact. Samenstelling van het oppervlak Net zoals de vier binnenste planeten is de Maan rotsachtig. Het oppervlak is zwaar bekraterd als gevolg van de vele inslagen miljoenen jaren geleden. Omdat er geen weer is op de Maan vindt er geen erosie van de kraters plaats. Het oppervlak van de Maan bestaat, op gewichtsbasis, voor ongeveer 43% uit zuurstof, 20% silicium, 19% magnesium,3% aluminium, 0,42% chroom, 0,18% titanium en 0,12% mangaan. Met ruimtesondes zijn sporen van water gevonden dat mogelijk afkomstig is diep uit de ondergrond. De atmosfeer van de Maan De Maan heeft een hele ijle atmosfeer. Een stoflaag of een voetafdruk zal eeuwenlang intact blijven. Omdat er nauwelijks een atmosfeer is wordt warmte niet vastgehouden hetgeen er voor zorgt dat de temperatuur aan het oppervlak sterk kan variëren. Aan de zonzijde van de Maan kan de dagtemperatuur oplopen tot 134 °C en aan de donkere zijde kan de nachttemperatuur zakken tot -153 °. Baankenmerken Gemiddelde afstand tot de Aarde: 384.400 km Perigeum (kleinste afstand tot de Aarde): 363.300 km Apogeum (grootste afstand tot de Aarde): 405.500 km Relatie baan/Aarde De aantrekkingskracht van de Maan trekt aan de Aarde waardoor er voorspelbare pieken en dalen optreden in het zeeniveau. We noemen dit de getijden. Deze getijden treden ook op in meren, de atmosfeer en binnen de aardse korst maar ze zijn hier wel veel minder prominent meetbaar. Als het water omhoog wordt gestuwd noemen we dit vloed en als het water zakt noemen we dit eb. Als gevolg van de aantrekkingskracht treedt vloed op aan de zijde van de Aarde die zich het dichtste bij de Maan bevindt. Vloed is ook zichtbaar aan de zijde van de Aarde die zich het verste van de Maan bevindt. Dit komt door de traagheid van het water. Tussen deze twee vloedgebieden in is het eb. De aantrekkingskracht van de Maan vertraagt ook de rotatie van de Aarde. Dit noemen we het remmen als gevolg van getijde-energie. Per eeuw neemt de lengte van de dag hierdoor toe met 2,3 milliseconden. De energie die de Aarde verliest wordt opgevangen door de Maan die zich als gevolg hiervan met 2,3 centimeter per jaar van de Aarde verwijderd. De aantrekkingskracht van de Maan heeft mogelijk mede een rol gespeeld bij het bewoonbaar maken van de Aarde doordat de tolling van de draaiings-as van de Aarde wordt afgevlakt hetgeen heeft geleid tot een stabiel klimaat gedurende miljarden jaren waardoor leven zich goed heeft kunnen ontwikkelen. De Maan heeft de vorm van een ei en die vorm is vermoedelijk ontstaan onder invloed van de aantrekkingskracht van de Aarde. Maansverduisteringen Tijdens een verduistering staan de Maan, de Aarde en de Zon op één lijn. Een maansverduistering vindt plaats als de Aarde zich tussen de Zon en de Maan door beweegt en de schaduw van de Aarde de Maan bedekt. Een maansverduistering kan alleen plaatsvinden tijdens Volle Maan. Een zonsverduistering treedt op als de Maan zich tussen de Zon en de Aarde door beweegt en de schaduw van de Maan op de Aarde valt. Een zonsverduistering kan alleen plaatsvinden bij Nieuwe Maan. Seizoenen De Aardas maakt een hoek ten opzichte van de ecliptica. De ecliptica is het denkbeeldige vlak waarin de Aarde om de Zon draait. Dit betekent dat het noordelijk en het zuidelijk halfrond soms naar de Zon toe wijzen of van de Zon afwijzen afhankelijk van de tijd van het jaar. Hierdoor varieert de hoeveelheid licht dat ze ontvangen; dit veroorzaakt de seizoenen. De hoek van de Aardas bedraagt 23,5° maar de hoek die de rotatie-as van de Maan maakt bedraagt slechts 1,5°. Op de Maan is dus nauwelijks sprake van seizoenen. Dit betekent ook dat sommige gebieden altijd door de zon worden verlicht terwijl andere plaatsen altijd zijn verstoken van direct zonlicht. Onderzoek en verkenning Er waren oude volken die de Maan zagen als een kom gevuld met vuur. Anderen zagen de Maan als een kopie van de Aarde met zeeën en land. De oude Grieken wisten dat de Maan een bol was in een baan om de Aarde en dat het licht van de Maan in feite gereflecteerd zonlicht is. De Grieken dachten ook dat de donkere gebieden op de Maan zeeën waren en de heldere gebieden land. Dit is nog steeds zichtbaar in de huidige naamgeving van structuren op de Maan waarin maria en terrea terugkomen: Latijn voor zeeën en land. Galileo Galilei was de eerste astronoom die een telescoop gebruikte om de Maan wetenschappelijk te bestuderen. Hij beschreef in 1609 een ruw bergachtig landschap dat er heel anders uitzag dan de mensen in die tijd dachten dat het zou zijn. In 1959 was het de Sovjet-Unie die als eerste natie een sonde op de Maan te pletter liet slaan en die de eerste foto’s van de achterzijde van de Maan maakte. In 1969 waren het Amerikaanse astronauten die als eerste voet zetten op de Maan. Er werden vijf succesvolle Maanmissies uitgevoerd waarbij 382 kg gesteente en bodemmateriaal mee terug werd gebracht naar de Aarde. De Maan is tot nu toe nog steeds het enige hemellichaam dat door mensen is bezocht. Pas in de jaren 90 van de vorige eeuw kreeg het onderzoek van de Maan weer een nieuwe impuls met de Clementine- en de Lunar Prospector-missies die door de NASA werden uitgevoerd. Beide missies toonden aan dat er vermoedelijk water aan de polen van de Maan voorkomt. Dit werd in 2009 bevestigd door de Lunar Reconnaissance Orbiter-missie in samenwerking met de Lunar Crater Observation and Sensing Satellite-missie. In 2011 maakte de Lunar Reconnaissance Orbiter de beste kaart van de Maan tot nu toe. In 2013 voerde China een historische missie uit door een robot-autootje op de Maan te plaatsen. Het zijn niet alleen naties die belangstelling hebben in de Maan maar ook particuliere organisaties die onderzoeken of er iets te verdienen valt aan de Maan. — *De grootte van de Maan vergeleken met de Aarde*

De voorloper van onze planeet, de proto-Aarde, is volgens nieuw onderzoek binnen een tijdperiode van 5 miljoen jaar ontstaan. Dat schrijven onderzoekers van het Centre for Star and Planet Formation (StarPlan) van de universiteit van Kopenhagen. Op een astronomische schaal is dat enorm snel.

Als je de geschatte leeftijd van ons zonnestelsel van 4,5 miljard jaar vergelijkt met een periode van 24 uur dan zegt dit nieuwe onderzoek dat de prot-Aarde in ongeveer 1,5 minuut is ontstaan.

De resultaten van het StarPlan-onderzoek breken met de traditionele theorie dat de proto-Aarde is ontstaan uit willekeurige botsingen tussen steeds grotere planetaire objecten (planetesimalen) die tientallen miljoenen jaren hebben geduurd. Op de 24 uurs tijdschaal zou het ontstaan van de proto-Aarde volgens de traditionele theorie 5 tot 15 minuten hebben geduurd.

De nieuwe resultaten ondersteunen een meer recentere, alternatieve theorie over het ontstaan van planeten door middel van het samenklonteren van kosmisch stof.

Deze theorie zegt dat we starten met stof. Objecten met de grootte van millimeters regenen neer op een steeds groter wordend object en maken zo in één keer een planeet. Deze implicatie over het snelle ontstaan van de Aarde is niet alleen interessant voor ons eigen zonnestelsel maar ook voor het ontstaan van planeten bij andere sterren.

De bulk samenstelling van ons zonnestelsel

De sleutel tot deze nieuwe bevindingen is afkomstig van nieuwe zeer nauwkeurige metingen van ijzerisotopen die tot nu toe wetenschappelijk zijn gepubliceerd.

Door het bestuderen van de isotopensamenstelling van ijzer in verschillende meteorieten hebben de onderzoekers ontdekt dat er slechts één type materiaal van meteorieten is met een samenstelling gelijk aan de Aarde. Dit zijn de zogenoemde Cl-chondrieten.

De onderzoekers beschrijven het stof in dit type meteoriet als de beste overeenkomst met de bulk samenstelling van ons zonnestelsel zelf. Het was stof als dit dat gecombineerd met gas deel uitmaakte van de circumstellaire schijf die rond onze groeiende jonge Zon draaide.

Dit proces duurde ongeveer 5 miljoen jaar en onze planeten ontstonden uit het materiaal van deze schijf. De onderzoekers vermoeden dat de ijzerkern van de proto-Aarde al tijdens dit proces is ontstaan waarbij er eerder aangetrokken ijzer uit de mantel werd verwijderd.

Twee verschillende ijzer samenstellingen

Andere meteorieten, bijvoorbeeld van Mars, vertellen ons dat in het begin de isotopen samenstelling van het materiaal dat voor de groeiende Aarde werd gebruikt anders was. Vermoedelijk veroorzaakt door de thermische verwerking van het stof dicht in de buurt van de jonge Zon.

Na de eerste honderdduizenden jaren was ons zonnestelsel ver genoeg afgekoeld zodat onbewerkt Cl-stof van verder weg in het zonnestelsel het accretiegebied van de proto-Aarde kon binnendringen.

Dit toegevoegde CI-stof overheerste de ijzersamenstelling in de aardmantel, wat alleen mogelijk is als het meeste van het vorige ijzer al in de kern was verwijderd. Dat is de reden waarom de kern vroeg moet zijn ontstaan, aldus de onderzoekers.

Als het ontstaan van de Aarde slechts een willekeurig proces was waarbij alleen maar objecten tegen elkaar werden gegooid dan zou men nooit in staat zijn om de ijzersamenstelling van de Aarde te vergelijken met slechts een type meteoriet. Je zou een mengsel krijgen, aldus de onderzoekers.

Meer planeten, meer water, mogelijk meer leven

Gebaseerd op het bewijs dat planeten ontstaan door het samenklonteren van kosmisch stof denken de onderzoekers dat dit proces zich ook op andere plekken in het heelal afspeelt. Dit betekent ook dat andere planeten veel sneller ontstaan dan alleen door botsingen tussen objecten in de ruimte.

Deze aanname wordt bevestigd door de duizenden exoplaneten die astronomen sinds de jaren ’90 hebben gevonden. We weten nu dat planeten overal in het heelal ontstaan en dat er generieke mechanismes zijn die werken en die leiden tot planeetsystemen. Astronomen begrijpen de mechanismes in ons eigen zonnestelsel en men gaat ervan uit dat dit vertaalbaar is naar andere planeetsystemen.

Als de theorie van de vroege planetaire accretie inderdaad klopt dan is water vermoedelijk gewoon een bijproduct van het ontstaan van een planeet als de Aarde. Hieruit volgt volgens de onderzoekers ook dat ingrediënten voor leven zoals wij dat kennen, vermoedelijk veel algemener voorkomt in het heelal.

Artikel: Iron isotope evidence for very rapid accretion and differentiation of the proto-Earth

Eerste publicatie: 23 februari 2020
Bron: SpaceDaily