Krátký příběh tom, jak se Země srazila s jinou planetou - Theia

Před 4,6 miliardami let se v místě, kde jednoho dne budou kolem své centrální hvězdy obíhat planety Sluneční soustavy, nacházel jen pomalu rotující disk plynu a mezihvězdného prachu. 

Jeho jádro se díky smršťování oblaku postupem doby zahustilo a ohřálo natolik, že se v něm zažehla termonukleární reakce.

Kolem nově vzniklé hvězdy, které budeme jednoho dne říkat Slunce, se začaly nespočetnými srážkami částic prachu tvořit malé hroudy hmoty. Vzájemně kolidovaly a nabalovaly na sebe své souputnice, díky své gravitaci přitahovaly další hmotu, a později vytvořily větší asteroidy, protoplanety a planety.

Ne všechny planety přežily do dnešního dne. Jejich osudy určuje gravitace, a tak vzájemné srážky nebyly žádnou výjimkou. Gravitace má tak silný vliv, že může i ty největší z nich vymrštit ven z planetární soustavy, do bezútěšného mezihvězdného prostoru.

4,6 miliardy let později budeme pozorovat už jen osm planet. Nejblíže Slunci se budou nacházet kamenné planety Merkur, Venuše, Země a Mars. Ve vzdálenější oblasti najdeme plynné obry, kteří dostanou jméno Jupiter, Saturn, Uran a Neptun.

Jen jedna z vnitřních planet bude doprovázena relativně velkým Měsícem. Jeho výjimečná existence naznačuje, že je následkem dávné gigantické katastrofy, které se ostatní planety vyhnuly.

Vraťme se zpátky na začátek příběhu. Slunce už je značně aktivní a zahřívá své okolí, takže v jeho relativní blízkosti rozmrzá kondenzovaný plyn, který tvořil největší podíl prachoplynného disku.  Sluneční záření ho odnáší do vnějších oblastí budoucí planetární soustavy. V okolí hvězdy samé tak kondenzuje převážně jen prach. Tvoří se z něj větší a větší objekty, ze kterých se nakonec vyvine několik protoplanet. Jednou z nich je třetí nejvzdálenější a nápadná planetka, které budeme jednoho dne říkat Země.

Lagrangeovy body

 jsou oblasti, na které působí gravitace Slunce a Země stejnou silou. Slunce je sice hmotnější a jeho přitažlivost mnohokrát větší než je tomu u Země, Země je zato blízko a může proto působit efektivněji.  Hmota, která se ocitne v Lagrangeově bodu, se z něj bez doplňkového zdroje energie už nemůže vzdálit. Těchto bodů je hned několik. Ty dva z nich, které jsou pro tento příběh nejdůležitější, se nacházejí na oběžné dráze kolem Slunce, vzdálené od aktuální pozice Země o 60°.

Země nebyla jedináček 

Dnes dostupné informace naznačují, že Země nevznikla ve svém pásmu sama – měla průvodkyni. Paralelně s ní vznikala na oběžné dráze její menší sestra. Vědci ji pojmenovali – Theia. V řecké mythologii byla Theia matkou bohyně Měsíce Serene. Po ní pojmenovaná planeta se měla v dávné minulosti stát díky gigantické katastrofě – matkou pozemského Měsíce.

Nesmíme si ji představit jako planetu, která by obíhala Zemi podobně, jako to dnes dělá Měsíc. Theia se nejspíše vyvinula z úlomků hmoty, které se zatoulaly do jednoho z tzv. Lagrangeových bodů.

Theia tedy předbíhala Zemi nebo se za ní opožďovala na oběžné dráze kolem Slunce o 60 úhlových stupňů. 

Nevyhnutelná kolize

Dokud byla jen relativně malým objektem, který nezasahoval do systému  Země-Slunce svou vlastní gravitací, bylo vše v pořádku. K problémům došlo až tehdy, kdy hmota Theiy překročila určitou mez, takže začala ovlivňovat své okolí a porušila křehkou rovnováhu sil.  Počítačové simulace ukazují Theiu, která se v následně vydává na komplikovanou dráhu, která končí kolizí s tehdejší mladou Zemí.

Úhel jejich střetu naštěstí odpovídal spíše bočnímu „naťuknutí“.  Čelní kolize by obě planety byla jistě zničila. V našem případě na srážku obou objektů doplatila jen Theia. Roztříštila se, její železné jádro splynulo s jádrem Země, zbylá hmota se smísila s pozemskou, zatímco se její velká část dostala i na oběžnou dráhu a  rozptýlila se do blízkého okolí teď už osamělé planety.

Kolizí vyvržená část Theiy a Země na oběžné dráze chladla a tvořila větší a větší objekty, podobným způsobem, jakým dřív vznikla Země. Časem se z úlomků vytvořila nová planetka, která ovšem na rozdíl od ostatních, obíhala kolem kolem naší planety - ne kolem Slunce.

Schema: Vznik Měsíce. 1 – kolize planet Země a Theia. 2 – destrukce Theiy. 3 – Materiál obou planet se dostal až na oběžnou dráhu Země. 4 – Měsíc, který se zformoval z materiálu, vyvrženého kolizí. Železná jádra obou planet (naznačená hnědou barvou) se spojila do jednoho.

Z dnešního pohledu je tehdejší gigantická katastrofa – šťastnou náhodou. Měsíc, který vznikl ze zbytků kolize, nacházejících se na oběžné dráze, bude na dlouhou dobu fixovat zemskou osu ve „správném“ směru. Postará se o střídání příznivých ročních podnebí a příznivé klima. Svou přitažlivostí tvoří příliv a odliv pozemského oceánu. Sehrál užitečnou roli při vývoji života a nejspíš  dokonce nepřímo napomáhal při jeho vzniku.

Izotopy chemických prvků

Všechny chemické prvky se skládají z tzv. jádra, kolem kterého obíhá „oblak“ elektronů. V jádrech se nacházejí dva druhy částic – protony a neurony. Izotopy jednoho prvku mají stejný počet protonů, ale mohou mít rozdílný počet neutronů. Mají tedy rozdílnou hmotnost. Různé izotopy reagují chemicky identicky, jen s tím rozdílem, že těžší izotopy mohou být o něco pomalejší.

Hezká teorie – ale kde jsou důkazy?

Elegantní teorie se dají potvrdit a podpořit experimentem.

Ty nejelegantnější z nich kromě toho vysvětlují i řadu pozorovaných a do té doby záhadných jevů a faktů.

Jak je na tom teorie gigantické kolize Země s Theiou? Vědci vzali na pomoc měsíční horninu, kterou dovezly na Zem například americké mise Apollo. Zkoumali nejen jejich chemické a mineralogické složení, ale zjišťovali například i poměr, v jakém se v nich vyskytují izotopy určitých prvků.  

Vědci, kteří analyzovali různé vzorky meteoritů a planetárních hornin, v nich našli rozdílná množství izotopu O17. Zdá se, že původní prachoplynný oblak, ze kterého vznikla Sluneční soustava, obsahoval v různých částech různé množství tohoto izotopu. Částečně to může být vysvětleno tím, že poněkud těžší jádra (izotopy) kyslíku měly sklon klesat v gravitačním poli disku k jeho středu, částečně může jít o lokální obohacení plynu a prachu například výbuchem dávné supernovy.

Koncentrace izotopu O17

Pokusy potvrdily, že Měsíc a Země mají identickou koncentraci izotopu O17.

Znamená to, že materiál, ze kterého vznikly, pochází ze stejné oblasti Sluneční soustavy. Měsíc tedy musel kondenzovat z materiálu, který mohl být pouze v okolí Země. Zároveň ale nemohl vzniknout jako ostatní protoplanety, prostou kondenzací původního prachu a plynu.

Jednak nepopiratelně obíhá po nesprávné oběžné dráze – kolem Země, místo toho, aby jako každá jiná větší planeta kroužil kolem Slunce.

Jednak nemá téměř žádné železné jádro. Kdyby se Měsíc vytvořil z původní hmoty, identické s hmotou, ze které vznikla Země, musel by obsahovat stejné množství železa jako ona. Při srážkách, během kterých se protoplaneta formuje, vzniká velké množství tepla. Její hornina se znovu a znovu taví a železo, které obsahuje, se přemisťuje k centru protoplanety. Časem se tak vytvoří dobře ohraničené jádro, tak jako ho má Země.

Měsíční železné jádro tvoří zhruba 3 % pozemského. Není divu – jeho hmota kdysi byla povrchem obou planet, Země a Theiy a o železo byla ochuzena, to v horkém prostředí klesalo ke středu planet.

Pozemské železné jádro

Kromě existence a vlivu Měsíce se na vzniku a vývoji života na Zemi pozitivně podílelo i její železné jádro, skryté v centru naší planety. Nenápadné ale důležité jádro vytváří magnetické pole, které chrání planetu před škodlivým a zničujícím kosmickým zářením a proti slunečnímu větru.

Porovnáním s ostatními planetami vědci zjistili zajímavou a skutečnost: Země má na svou velikost nepřiměřeně rozměrné železné jádro. Vysvětlení tohoto jevu nabídla až teorie srážky mladé planety s Theiou. I Theia vlastnila dobře vyvinuté kovové jádro, vznikala totiž ze stejného materiálu jako Země. Její železné srdce se po kolizi obou planet sloučilo s pozemským. Díky němu dnes drží Země ve slunečním systému zajímavý rekord: je planetou s nejvyšší průměrnou hustotou.

Dva měsíce

Někteří vědci se dokonce domnívají, že z vyvržené hmoty obou planet původně vznikly dva Měsíce. Postupem času se ale navzájem gravitačně ovlivnily stejně, jako tomu bylo u Země a Theiy. To vedlo k nevyhnutelné srážce obou objektů. Menší z nich se pak rozestřel na povrchu většího Měsíce. Nejspíše proto je dnes povrch odvrácené strany Měsíce odlišný od její k Zemi přivrácené části.

Na bezmračnou noční oblohu, na které září srpek Měsíce, se dívám plna obdivu.

Katastrofa, která mohla zničit naši planetu dřív, než měla možnost, aby se na ní vyvinul život,

se nakonec stala jednou z nejšťastnějších náhod, jaké kdy naši planetu potkaly.