Tadeusz Tumalski Tadeusz Tumalski
863
BLOG

Uporządkujmy centrum Układu Słonecznego (1.)

Tadeusz Tumalski Tadeusz Tumalski Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 36

Tytuł serii notek wybrałem trochę dla tego, żeby się już nie bawić w koniunktiv, który jest literacko poręczny i przydatny, ale wymaga trochę dłubania po klawiaturze i swoistej 'finezji sformułowań'. Szkoda czasu. W kilku następnych notkach (a może tylko w jednej, następnej, bo jestem leniwy)  przedstawię trochę skrótowo, bo już kilka razy pisałem o tych problemach, jak sobie wyobrażam procesy na wewnętrznych orbitach Układu słonecznego. Samo Słońce jest odrębnym tematem i zajmę się nim później.

Na początek więc jeszcze raz o Ziemi, Wenus i ich księżycach, czyli Księżycu i Merkurym. Poniewaz wszystkie znaki na powierzchniach Księżyca i Merkurego jak i cechy orbity Merkurego wskazują na ich niewątpliwą identyczną dynamicznie genezę, nie będę się rozdrabniał w podwójny opis ich historii, bo ta jest bardzo podobna, a róznice będę analizował tylko tam, gdzie one akurat występują. 

Moją wcześniejszą notkę o misji GRAIL, LRO i kilku innych misjach NASA zakończyłem powracającymi jak bumerang pytaniami, które już Armstrong & Co. powieźli w ich pierwszej misji księżycowej i powrócili bez odpowiedzi, a za to z nowymi danymi i nowymi pytaniami.

-----------------------------------------------------------------------------------------------

Zakończenie misji GRAIL; Unresolved lunar mysteries

1. What is the full story of the Moon's origin?
2. The Moon's shape appears to have frozen into place when it was much closer to Earth, but that doesn't fit other observations of the Moon's development. What really happened?
3. Why is the side that faces Earth so different from the side that faces away? 
On the near side, the crust is thinner and there is evidence of much more volcanic activity (which created the vast dark "seas" responsible for the "man in the moon").
4. Why does the Moon have magnetized rocks? Did it ever have a dynamo, 
      like Earth, generating a magnetic field?
5. What are the "mascons" that give empty craters as much gravity as mountains?
6. What created the South Pole-Aitken basin, the largest and deepest known impact crater in the Solar System? And what can it tell us about the Moon's structure and history?
7. What is the story behind KREEP -- rocks rich in potassium, rare Earth elements and phosphorous which have no counterpart on Earth?
Ja z mojej strony mogę dorzucić jeszcze poniższe pytania
3(a) Skąd wzięły się na Księżycu tak pokaźne ilości gorącej i mocno płynnej lawy, 
      która utworzyła te bardzo płaskie (gładkie) obszary 'mórz' na widocznej stronie?
6(a) Czy 'South Pole-Aitken basin' to jest na pewno 'impact crater'? Obraz tego obszaru różni się mocno od innych kraterów 
8. Skąd tak niska średnia gęstość Księżyca?
9. Skąd ponad godzinne drgania sejsmiczne Księżyca po upadkach meteorytów, 
    czy sond zrzucanych na jego  powierzchnię

-----------------------------------------------------------------------------------------------

Po zakończeniu jednego z najbardziej skomplikowanych i wyrafinowanych programów księżycowych GRAIL, NASA wywiesiła zatem białą flagę na ośrodku badawczym 'Origin of the moon' i stamtąd (NASA) nie możemy w najbliższym czasie nic nowego i rzeczowego oczekiwać. Po prawie pięćdziesięciu latach od pierwszego lotu załogowego na Księżyc nasza wiedza o pochodzeniu i rozwoju naturalnego satelity Ziemi nie posunęła się ani o krok. Dzięki coraz bardziej rozwiniętej technologii w budowie  napędów rakiet i coraz bardziej wyrafinowanych i dokładnych przyrządów badawczych możemy stwierdzić pokaźny przyrost liczby danych, ale jednocześnie duży przyrost pytań dotyczących Księżyca. Odpowiedzi przez te prawie pięćdziesiąt lat nie przybyło. Do zagadek dot. Księżyca Ziemi dochodzi zupełny brak prób wytłumaczenia skąd wzięła się eliptyczna orbita Merkurego, dość 'ościste' i powikłane tłumaczenia ruchu jego peryhelium, a na dokładkę brak jakiegoś logicznie spójnego wytłumaczenia rezonansu 2/3 rotacja-orbita. Jeśli do tego dorzucimy brak wytłumaczenia dla odwrotnej rotacji Wenus i  synodycznego rezonansu jej rotacji z Ziemią, to musimy sobie szczerze powiedzieć, że nasze najbliższe planetarne sąsiedztwo, centrum Układu Słonecznego, okryte jest mglistymi hipotezami i poklejone łatami konstruowanych ad hoc 'impaktów'. Z niejakim smutkiem skonstatować należy też nie dokońca chyba poprawnie rozumianą mechanikę nieba dla ciał rzeczywitych. Jako swoisty temat zastępczy rozmnożyły się za to, ostatnio chyba już w setki, tzw. "planety pozasłoneczne", chyba tylko na zasadzie "im dalej od nas i im bardziej nieweryfikowlane, tym więcej mamy do powiedzenia". Ale nie o tym ma być ten tekst. Postawmy  zatem w tym miejscu znaną z innych zastosowań, grubą czerwoną krechę i rozważmy inne, może nieco logiczniejsze możliwości wytłumaczenia znanych faktów w najbliższym sąsiedztwie Ziemi.

=====================================================

Odłóżmy zatem na półkę wszystkie te domniemane katastrofy kosmiczne, którymi astronomowie i fizycy w ich bezradności próbują przysłaniać brak pomysłów na logicznie spójne wytłumaczenie  mechanizmów i procesów zachodzących w Układzie Słonecznym. Zacznijmy od mechanizmu powstawania księżyców na orbitach planet wewnętrznych Układu Słonecznego. Tak jak to przedstawiłem w moim artykule na konferencji na Florydzie Origin of the moon, Księżyc Ziemi powstał (przed 4,6-5 mld lat) przez wyrwanie siłą odśrodkową rotacji, z jej wnętrza pierwszego żelazowo-niklowego stałego jądra. Poniższa 'wyłupana z kamienia' symulacja, dotycząca tak 'naszego' Księżyca jak i Merkurego, pokazuje jak to się wtedy odbyło. Ta 'symulacja' ma dwie zalety: nie kosztowała podatnika ani centa i jest fizycznie uzasadniona parametrami rotacji młodej Ziemi i jej ówczesnej budowy wewnętrznej, ponadto nie wymaga ona ('symulacja') zaprzęgania do rozważań 'impaktowej loterii'.

Nieco słabszym punktem tej 'symulacji' jest nie do końca sprecyzowany fizyczny opis, jak to wyrwane z wnętrza Ziemi jądro wewnętrzne mogło wylecieć na orbitę i nie spaść z powrotem na powierzchnię Ziemi razem z całą resztą fragmentów płaszcza i lawy z wnętrza Ziemi. 

Moją, zainspirowaną kiedyś przez Prof. Jadczyka notkę 'Poszukiwanie pierwszej prędkości kosmicznej' zakończył mój komentarz do @nonsecure:

"...Problem jest jednak inny. Przy podstawowych obliczeniach brakuje mi dużo prędkości początkowej, tak jak to pisze Eine.
Mam na to pewien pomysł,..."

Pomysłem tym w pierwszym czytaniu był dobrze znany w fizyce efekt dyszy, przy przelocie żelazo-niklowej kuli jądra Ziemi przez płaszcz. Nie byłem jednak do końca przekonany, że efekt ten może być wystarczający, gdyż 3 km/s równikowej prędkości liniowej należałoby 'wyekspediować' na ok 30 000 km nad powierzchnię Ziemi, czyli na dzisiejszą orbitę satelitów stacjonarnych, aby ten gruz nie spadł z powrotem na powierzchnię Ziemi. Z drugiej strony jednak, 30 000 km to przecież 'tylko' ~5xpromień Ziemi, czyli w propocjach kosmicznych nie tak znowu dużo.

Uporządkujmy centrum Układu Słonecznego (1)

Całe zagadnienie trochę zeszło z rozkładu dnia, bo zaczęły sie u mnie nowe zadania i nowe podróże 'za chlebem'.  Myśl jednak pozostała, że coś widziałem gdzieś, co było bardzo podobne dynamicznie. I kiedyś myśl ta wróciła jako obraz kamienia rzuconego w wodę i tego, co potem się w wodzie dzieje. 

Na filmie tym widzimy dość intesywny 'wystrzał' wody w miejscu, gdzie wpadł kamień. Zamykający się za kamieniem kanał strzela fontanną wysoko nad powierzchnię wody.

Jeśli wyobrazimy sobie teraz grawitacyjny 'skurcz' Ziemi po załamaniu równowagi hydrostatycznej i  hydrodynamicznej i wylocie jądra wewnętrznego przez cienki jeszcze wtedy płaszcz, to możemy przyjąć, że strumień lawy z wnętrza Ziemi wystrzelony został daleko ponad tę granicę pięciu promieni Ziemi. 

----------------------- Mała spekulacja, bez dowodów--------------------------------------

Niektóre asteroidy (Ida, Vesta, Eros i in.) wyglądają z ich kraterami na powierzchni jak 'podziobane'  kosmicznym żwirem i potem wystygłe  w kosmosie 'krople' lawy (z wnętrza Ziemi, a może Wenus?)

----------------------Koniec spekulacji bez dowodów---------------------------------------

Pierwsze jądro wewnętrzne Ziemi zostało zatem wystrzelone na fali  czołowej strumienia lawy z jej wnętrza na wysokość wystarczającą aby część tej lawy i żelazowo-niklowe jądro Ziemi pozostało na orbicie.

Na marginesie: Mam pewien pomysł na laboratoryjny eksperyment z takim 'wystrzelanym' obiektem z wnętrza kuli.

Dominująca na orbicie siła grawitacji pierwszego żelazowo-niklowego jądra wewnętrznego Ziemi  szybko 'pozbierała do kupy' latające swobodnie na orbicie fragmenty lawy i płaszcza młodej Ziemi. Na orbicie  Ziemi powstał zatem satelita, którego powierzchnia jest swoistym przeglądem wnętrza i powierzchni młodej Ziemi. Coś jak bigos (przegląd tygodnia) w kosmicznej kuchni. Stąd też tzw. 'bulk composition' powierzchni Księżyca nie jest niczym zadziwiającym, możemy ją nazwać 'przeglądem wnętrza i płaszcza młodej Ziemi'. Podczas niezbyt szybkiej, wstępnej rotacji wczesnego Księżyca zadziałała normalna dyferencjacja grawitacyjna, czyli gęstsze frakcje (pierwsze jądro Ziemi i gęste frakcje lawy) opadły do środka, a mniej gęste zostały na powierzchni. Powierzchnia zaczęła stygnąć tworząc skorupę. Młody Księżyc był zatem po jego 'narodzinach' swoistym orbitalnym 'jajkiem na miękko' z twardym 'żółtkiem' w środku. Tutaj należy sobie przypomnieć metodę rozpoznawania jajka ugotowanego 'na miękko' i 'na twardo'. Jajko należy wprawić w ruch obrotowy, i to 'na miękko' zatrzymuje sie szybciej niż to drugie. I tutaj możemy odnieść się do dwóch pytań NASA po zakonczeniu misji GRAIL.

2. The Moon's shape appears to have frozen into place when it was much closer to Earth, but that doesn't fit other observations of the Moon's development. What really happened?

3. Why is the side that faces Earth so different from the side that faces away? 

O ile pytanie (2) mogę jeszcze przez dynamiczną złożoność całego zagadnienia jako problem uznać, o tyle pytanie (3) dowodzi już tylko bezradności i wyłączenia logiki myślenia u wszystkich zespołów naukowych NASA i innych. Żeby pozostać jednak w porządku wobec tychże zespołów naukowych NASA i innych, przyznaję tutaj szczerze, że i ja sam stałem się taki 'oświecony' też dopiero przed kilkoma miesiącami, chociaż tematem Księżyca zajmuję się od wielu lat. Procesy myślowe trwają czasem b. długo i są kompletnie 'niesterowalne'. Nawet przez bicie głową w ścianę. Co jednak tymże zespołom i pojedynczym fizykom mogę zarzucić, to to, że są, tak stadnie, jak indywidualnie, niereformowalni, albo nieprzemakalni dla argumentów, a co gorsza wyłączają opcję 'ODBIÓR'. Nastawieni są tylko na 'NADAWANIE'. Ale to tylko taka mała dygresja. Wracamy do 'adremu', czyli do jaja na miękko, okrążającego młodą Ziemię. Jak każde szanujące się jajko na miękko Księżyc zatrzymał jego rotację krótko po tym jak się na orbicie pozbierały te kawałki gruzu z płaszcza młodej Ziemi i lawy z jej wnętrza. Dokładnie tak, jak pisze NANSA w p. 2.  W czasie tej początkowej rotacji zewnętrzne warstwy Księżyca wystygły na tyle, że powstała cienka skorupa i nieco mniej twardy, ale już gęstniejący płaszcz. Na powierzchni Księżyca leżą więc dzisiaj namagnesowane już na Ziemi fragmenty jej płaszcza. I to jest odpowiedź na pytanie  NASA: 

4. Why does the Moon have magnetized rocks? Did it ever have a dynamo, like Earth, (...)

Odpowiedź jest prosta: Księżyc nie mógł mieć własnego pola magnetycznego, gdyż jest za mały, a i  jego rotacja nie dawała też możliwosci startu dynama.  Te namagnesowane skały przyleciały juz 'gotowe' z Ziemi, co z drugiej strony potwierdza mechanizm dynama Ziemi, który śladowo przedstawiałem już w notkach Geodynamo; Anomalie magnetyczne Ziemi i Geodynamo; Dwa bieguny... desperacji fizyków. Te namagnesowane skały na Księżycu dowodzą też, że Ziemia już w jej początkach miała pole magnetyczne, gdyż w jej wnętrzu powstało już jej pierwsze jądro wewnętrzne, które jest niezbędne do startu mechanizmu dynama. Na orbicie Ziemi mamy zatem ulepiony z fragmentów młodej Ziemi Księżyc, który modelem dynamicznym 'jaja na miękko' krótko po 'narodzinach' zatrzymał jego rotację na orbicie wokół Ziemi. 

W tym miejscu rozchodzą się dynamiczne i magnetyczne drogi Księżyca i Merkurego. Do Merkurego wrócę w następnej notce. Teraz pozostajemy przy Księżycu. Tutaj muszę się odnieść do komentarza EINE (15.05.2012 10:41):

"...Ten sam czynnik [utrata masy przez Ziemię] powoduje zmianę momentu pędu orbitalnego Ziemi co musi skutkować zmianą prędkości obiegu wokół Słońca a to w ostateczności prowadzi do zmiany trajektorii Ziemi ..."

Tak jak ja rozumiem mechanikę nieba, to moment orbitalnego pędu mas Z-K wokół Słońca wcale nie ulega zmianie, gdyż  moment pędu jest momentem pędu barycentrum, a nie poszczególnych części układu Z-K. Podział masy barycentrum na układ Z-K pozostaje 'wewnętrzną sprawą' tych mas i nie ma żadnego wpływu na stabilność układu Słońce-(Ziemia+Księżyc). 

Na orbicie wokół Ziemi mamy zatem Księżyc, który zatrzymał jego i tak dość 'leniwą', początkową rotację. Zastanówmy się co działo sie potem. Ziemię okrąża więc 'jajko na miękko' bez rotacji własnej, z twardym, żelazo-niklowym 'żółtkiem' w środku. W tym miejscu muszę przypomnieć rysunek o tzw. pływach księżycowych. Dyskusję o "transformacji spinu Ziemi na moment orbitalny Księzyca" prowadziliśmy kiedyś tutaj, ale dość bezowocnie. Ten efekt "transfomacji" nie moze istnieć i nie istnieje, gdyż sama istota siły grawitacji na to nie pozwala. Patrząc na poniższy rysunek możemy sobie jednak łatwo wyobrazić inny, nad wyraz istotny efekt pływowy działania Ziemi na zatrzymany w jego rotacji Księżyc.

Uporządkujmy centrum Układu Słonecznego (1.)

Te same 'garby pływowe', dość nieporadnie i nieproporcjonalnie rysowane w przypadku Ziemi, musimy sobie wyobrazić jako działanie przeważającej siły grawitacji na zatrzymany i półpłynny jeszcze Księżyc. Orbitalna siła odśrodkowa 'przyciska' żelazowo-niklową kulę  jądra wewnętrznego Księżyca (jądra pochodzącego z Ziemi) do zewnętrznej ściany stygnącego płaszcza Księżyca. Siła grawitacji Ziemi rozciąga bryłę Księżyca dokładnie tak samo, jak to się nieco błędnie (kąt 'alfa') przedstawia dla efektu pływowego oceanów na Ziemi. Efektem końcowym działania  na zatrzymany w rotacji, młody Księżyc orbitalnej siły odśrodkowej i siły grawitacji   Ziemi jest to, że Ziemia przyciągając płynne frakcje Księżyca 'wysysa' je z jego wnętrza przez niezestalony jeszcze płaszcz. Tak jak to pokazuje poniższy rysunek.

Uporządkujmy centrum Układu Słonecznego (1.)

Ta 'wyssana' przez Ziemię z wnętrza Księzyca lawa rozlewa sie po jego powierzchni tworząc gładkie i mające większą od ich otoczenia gęstość, ciemne obszary 'mórz'. Dla zachowania pzejrzystości na powyższym rysunku pokazałem tylko Mare Imbrium, pozostałe 'morza' powstały podobnie. Zbyt mała masa Księżyca i wystygnięta i sztywna juz skorupa i płaszcz nie pozwalają sile grawitacji 'domknąć', czyli ścisnąć bryły Księżyca po 'wyssaniu' przez Ziemię lawy z jego wnętrza. We wnętrzu Księżyca pozostają puste miejsca, przez co średnia gęstość bryły Księżyca spada do 3,344 g/cm^3. Brak równowagi hydrostatycznej we wnętrzu Księżyca możemy stwierdzić na topograficznych odchyłkach  jego bryły od regularnej kuli. I dlatego South Pole Aitken Basin nie musi być żadnym kraterem, jest najprawdopodobniej zapadniętym obszarem płaszcza Księżyca, po tym jak ze środka 'wyssana' została lawa na powierzchnię po stronie Ziemi.

Uporządkujmy centrum Układu Słonecznego (1.)

  Popatrzmy teraz na film przesłany przez japońską sondę KAGUYA (JAXA). 

Patrząc na to płaskie bardzo lozlewisko lawy, nie bardzo mogę sobie wyobrazić, jak jakiś poważny (mniej czy bardziej) naukowiec może dojść do wniosku, ze to rozlewisko powstało w wyniku jakiegoś zderzenia z czymś, czyli Big Splash (niech go diabli). Już chyba tylko kompletny brak pomysłów i ogromna desperacja może zrodzić taki scenariusz. Na filmie KAGUYA widzimy, że wszystko co uderzyło przed miliardami lat w powierzchnię tej lawy zostawiło ślad do naszych czasów. Jak musiałaby wyglądać powierzchnia tej lawy, gdyby całość powstała w wyniku jakiegoś zderzenia, kolizji???

Popatrzmy na Mare Imbrium i Sinus Iridum przy świetle padającym pod innym kątem. Na fotografii tej widzimy jak rozlewająca się z Mare Imbrium lawa wypełnia krater Sinus Iridum, tak jak to mówi komentator JAXA. Lozlewająca się lawa nie mogla pochodzić spoza Księżyca, gdyż wyglądałaby zupełnie inaczej po upadku na jego powierzchnię. Pytanie zatem, skąd brała się ta lawa, której najwyraźniej przybywało tak, że rozlewała sie coraz dalej? Jedynym źródłem lawy 'niekatastroficznej' było w tych okolicach wnętrze Księżyca i siła grawitacji Ziemi, która 'wyssała' tę lawę na powierzchnię.

Uporządkujmy centrum Układu Słonecznego (1.)

I na zakończenie rzućmy okiem na to samo Mare imbrium i Sinus Iridum na fotografi z misji GRAIL. Obrazek pochodzi z animacji 'LOLA Topogaphy'.

Uporządkujmy centrum Układu Słonecznego (1.)

Na obrazku topografii Mare Imbrium widzimy, ze lawa rozlewała się nie tylko w kierunku Sinus Iridum, ale rozlewała się po całej powierzchni tego obszaru. Można więc wyciągnąć wniosek, że wyciek lawy z wnętrza Księżyca miał miejsce w okolicy punktu X.

Pozdrawiam

Ciekawy (i szukający) odpowiedzi na pytania odsuwane w kolektywną podświadomość fizyków zawodowych.

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie