Hur jorden fick sin måne är en lång omdiskuterad fråga. Den gigantiska nedslagsteorin – som säger att månen bildades från en kollision mellan den tidiga jorden och en stenig kropp som heter Theia – har blivit den främsta löparen bland förklaringarna. Men detaljerna kring hur detta hände är suddiga och det finns många observationer som forskare fortfarande kämpar för att förklara.

Nu en ny studie, publicerad i Nature Geoscience, har belyst vad som faktiskt hände genom att lösa ett av de största mysterierna kring kraschen – varför månen blev nästan identisk med jorden, snarare än Theia, förutsatt att hon existerade.

Enligt giant impact theory, Theia var en kropp som var ungefär lika stor som Mars eller mindre - hälften av jordens diameter. Det slogs in i jorden under utveckling för 4,5 miljarder år sedan. Denna kollision producerade tillräckligt med värme för att skapa magmahav och kastade ut mycket skräp i omloppsbana runt jorden, som sedan smälte samman till månen.

Teorin förklarar hur och hastigheten som jorden och månen snurrar runt varandra. De är tidvattenlåsta, vilket innebär att månen alltid visar samma sida mot jorden när den snurrar runt den. Det är därför det var en sådan prestation när kineserna landade sin rymdfarkost Chang'e 4 på månens bortre sida 2019 – direkt kommunikation med den sidan är aldrig möjlig från jorden.

Månen och jorden är nästan identiska till sin sammansättning. Skillnaderna är att månen har mindre järn och mindre av de lättare elementen som väte, som behövs för att producera vatten. Jätteeffektteorin förklarar varför. Det tunga elementet järn skulle ha behållits på jorden. Och värmen som producerades under nedslaget och utstötningen i rymden skulle ha kokat bort de lättare elementen medan resten av jordens och Theias material skulle ha blandat sig.

Datormodeller har återgett händelserna som ledde till att månen bildades. De modeller som bäst passar alla observationer tyder på att månen bör vara sammansatt till ungefär 80 % av materialet som kommer från Theia. Så varför är månen istället misstänkt lik jorden?

En förklaring är att Theia och den tidiga jorden måste ha haft en identisk sammansättning till att börja med. Det verkar osannolikt eftersom varje dokumenterad planetkropp i vårt solsystem har sin egen unika sammansättning, med små skillnader som reflekterar avståndet från solen där en kropp bildades.

En annan förklaring är att blandningen av de två kropparna var mycket mer grundlig än väntat, lämnar en mindre tydlig signatur av Theia i månen. Men det är också osannolikt, eftersom det skulle kräva en mycket större påverkan än den som faktiskt ägde rum.

Gräver djupt

Den nya studien löser detta dilemma genom att visa att jorden och månen inte är så lika som man tidigare trott. Forskarna tittade med mycket hög precision på fördelningen av isotoper av grundämnet syre i stenar som återförts från månen av Apollo-astronauterna. I kemi, alla grundämnens atomkärna består av partiklar som kallas protoner och neutroner; isotoper av ett grundämne har samma antal protoner i kärnan som den vanliga versionen, men olika antal neutroner. I detta fall, syre isotop, O-18, som har åtta protoner och tio neutroner, är något tyngre än den mycket vanligare än O-16, med sina åtta protoner och åtta neutroner.

Studien visar att det finns en liten skillnad mellan jorden och månen i deras syreisotopsammansättning - deras profiler är trots allt inte identiska. Vad är mer, skillnaden ökar när man tittar på stenar från månens mantel, som är ett lager under ytan eller skorpan - som har fler lättare syreisotoper än jorden. Det här är viktigt. Skorpan är där blandat skräp skulle ha hamnat, medan den djupa interiören skulle ha fler bitar av Theia.

Så Theia och jorden var inte identiska, och månen och jorden är inte heller identiska. Men resultaten lär oss också lite mer om Theia själv.

På grund av gravitationen, man kan förvänta sig något mer av de tyngre isotoperna närmare solen. Jämfört med jorden, Theia måste ha haft fler av de lättare syreisotoperna, vilket antyder att det skulle ha bildats längre bort från solen än jorden.

Med resultaten från denna studie har jätteeffektteorin passerat ett annat hinder för att förklara bildningen av vår måne, och vi har lärt oss lite mer om självaste Theia på vägen.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.