Nästan 50 år sedan människan första gången gick på månen, människosläktet driver än en gång framåt med försök att landa på jordens satellit. Bara i år, Kina har landat en robotfarkost på månens bortre sida, medan Indien är nära att landa ett månfordon, och Israel fortsätter sitt uppdrag att landa på ytan, trots kraschen av dess senaste satsning. NASA har under tiden meddelat att de vill skicka astronauter till månens sydpol till 2024.

Men medan dessa uppdrag försöker främja vår kunskap om månen, vi arbetar fortfarande med att svara på en grundläggande fråga om det:hur hamnade det där det är?

Den 21 juli, 1969, besättningen på Apollo 11 installerade den första uppsättningen speglar för att reflektera lasrar riktade mot månen från jorden. De efterföljande experimenten som utförts med dessa arrayer har hjälpt forskare att räkna ut avståndet mellan jorden och månen under de senaste 50 åren. Vi vet nu att månens bana har blivit större med 3,8 cm per år – den rör sig bort från jorden.

Detta avstånd, och användningen av månstenar för att datera månens bildning till 4,51 miljarder år sedan, ligger till grund för den gigantiska nedslagshypotesen (teorin att månen bildades av skräp efter en kollision tidigt i jordens historia). Men om vi antar att månens recession alltid har varit 3,8 cm/år, vi måste gå tillbaka 13 miljarder år för att hitta en tidpunkt då jorden och månen var nära varandra (för att månen skulle bildas). Det här är alldeles för länge sedan – men obalansen är inte förvånande, och det kan förklaras av världens antika kontinenter och tidvatten.

Tidvatten och lågkonjunktur

Avståndet till månen kan kopplas till historien om jordens kontinentala konfigurationer. Förlusten av tidvattenenergi (på grund av friktion mellan det rörliga havet och havsbotten) saktar ner planetens spinn, vilket tvingar månen att flytta bort från den – månen drar sig tillbaka. Tidvattnet styrs till stor del av formen och storleken på jordens havsbassänger. När jordens tektoniska plattor rör sig, havets geometri förändras, och så gör tidvattnet. Detta påverkar månens reträtt, så det verkar mindre på himlen.

Detta betyder att om vi vet hur jordens tektoniska plattor har ändrat position, vi kan räkna ut var månen var i förhållande till vår planet vid en given tidpunkt.

Vi vet att tidvattnets styrka (och därmed lågkonjunkturen) också beror på avståndet mellan jorden och månen. Så vi kan anta att tidvattnet var starkare när månen var ung och närmare planeten. När månen snabbt avtog tidigt i sin historia, tidvattnet kommer att ha blivit svagare och lågkonjunkturen långsammare.

Den detaljerade matematiken som beskriver denna evolution utvecklades först av George Darwin, son till den store Charles Darwin, 1880. Men hans formel ger det motsatta problemet när vi matar in våra moderna figurer. Den förutspår att jorden och månen var nära varandra för bara 1,5 miljarder år sedan. Darwins formel kan bara förenas med moderna uppskattningar av månens ålder och avstånd om dess typiska senaste recessionstakt minskas till ungefär en centimeter per år.

Innebörden är att dagens tidvatten måste vara onormalt stora, orsakar lågkonjunkturen på 3,8 cm. Anledningen till dessa stora tidvatten är att den nuvarande Nordatlanten har precis rätt bredd och djup för att vara i resonans med tidvattnet, så den naturliga svängningsperioden är nära den för tidvattnet, så att de kan bli väldigt stora. Detta är ungefär som ett barn på en gunga som rör sig högre om det trycks med rätt timing.

Men gå tillbaka i tiden – några miljoner år räcker – och Nordatlanten är tillräckligt annorlunda i form att denna resonans försvinner, och så månens recessionstakt kommer att ha varit långsammare. När plattektoniken flyttade runt kontinenterna, och eftersom nedgången i jordens rotation förändrade dagarnas längd och tidvattenperioden, planeten skulle ha glidit in och ut ur liknande starkvattentillstånd. Men vi känner inte till detaljerna om tidvattnet under långa tidsperioder och, som ett resultat, vi kan inte säga var månen var i det avlägsna förflutna.

Sedimentlösning

En lovande metod för att lösa detta är att försöka upptäcka Milankovitch-cykler från fysiska och kemiska förändringar i forntida sediment. Dessa cykler uppstår på grund av variationer i formen och orienteringen av jordens omloppsbana, och variationer i orienteringen av jordens axel. Dessa producerade klimatcykler, som de senaste miljoner årens istider.

De flesta Milankovitch-cykler ändrar inte sina perioder under jordens historia, men vissa påverkas av jordens rotationshastighet och avståndet till månen. Om vi ​​kan upptäcka och kvantifiera dessa specifika perioder, vi kan använda dem för att uppskatta dagslängden och jord-månen avstånd vid den tidpunkt då sedimenten deponerades. Än så länge, detta har bara försökts för en enda punkt i det avlägsna förflutna. Sediment från Kina tyder på att för 1,4 miljarder år sedan var avståndet mellan jorden och månen 341, 000 km (dess nuvarande sträcka är 384, 000 km).

Nu siktar vi på att upprepa dessa beräkningar för sediment på hundratals platser som fastställts vid olika tidsperioder. Detta kommer att ge ett robust och nästan kontinuerligt register över månens recession under de senaste miljarderna åren, och ge oss en bättre uppfattning om hur tidvattnet förändrades tidigare. Tillsammans, dessa relaterade studier kommer att ge en konsekvent bild av hur jorden-månesystemet har utvecklats genom tiden.

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