Kuun synty
Kuun synty tapahtui nykynäkemyksen mukaan luultavimmin siten, että Marsin kokoinen planeetta, Theia, törmäsi alku-Maahan, Törmäyksen tuloksena alku-Maan kiertoradalle lensi ainetta, josta syntyi aikaa myöten kasautumalla Kuu. Kuun tarkkaa syntyperää ei silti vieläkään osata varmasti sanoa. Aiemmin Kuun oletettiin syntyneen erikseen ja Maan siepanneen Kuun, jonkin prosessin tuottaneen alusta asti Maan ja Kuun toisiaan kiertämään tai Maan jakautuneen itsestään kahtia.
Kuun uskotaan syntyneen erillisenä taivaankappaleena noin 4,6 miljardia vuotta sitten jolloin aurinkokunta syntyi. Tarkkaa selitystä Kuun synnystä ei kuitenkaan tiedetä. Nykynäkemyksen mukaan Kuu olisi syntynyt noin 60 miljoonaa vuotta muun Aurinkokunnan synnyn jälkeen.
Kuun syntyä koetettiin ennen kuulentoja selittää seuraavin tavoinFissioteoriaa tukee se, että Maan ja Kuun vaippojen tiheydet ovat suurin piirtein samoja. Muutoin teoria on fysikaalisesti mahdoton ja vaatii ulkopuolista voimaa jakautumisen aiheuttamiseksi. Kaksoisplaneettateoria ei selitä Maan ja Kuun liike-energioiden jakaumaa eikä niiden tiheyseroja. Niin ikään sieppausteoria on puutteellinen, sillä se ei selitä Kuun nykyistä rataa. Lisäksi Kuun ja Maan happi-isotooppi koostumukset ovat keskenään liian samanlaisia. Kuun kaltaisen ison taivaankappaleen sieppaus on Maan kokoiselle kappaleelle vaikeaa.
1970-luvulta alkaen tutkijat ovat kehitelleet törmäysteoriaa, jonka mukaan aurinkokunnan synnyn niin sanotussa oligarkkivaiheessa Maahan törmäsi Marsin kokoinen pikkuplaneetta, joka lennätti valtavan kivipilven tai möykyn avaruuteen. Tästä muotoutui Kuu. Törmäysteoriaa alettiin kehitellä, kun kuulennoilta oli saatu kuun kivinäytteitä, joita tutkimalla voitiin tehdä päätelmiä Kuun mahdollisesta syntytavasta.
William Hartmann ja Donald Davis esittivät 1975 törmäysteorian, ja heistä riippumatta oman versionsa toivat esille 1976 Alfred Cameron ja William Ward. Uusi syntyteoria alkoi lyödä itsensä läpi vasta vuonna 1984 pidetyn astronomien kokouksen jälkeen. Cameron, Benz ja Slattery simuloivat suurtörmäystä ensi kertaa Los Alamosin ydinlaboratorion Cray-supertietokoneella.
Moni asia tukee väitettä, että Kuu olisi syntynyt planeettatörmäyksessä. Törmäysteoriaan viittaa se että Maan ja Kuun alkuaineiden isotooppikoostumukset ovat samoja ja että Kuun aines on kevyempää kuin Maan. Kuussa on niukalti haihtuvia aineita, mikä selittyy sillä, että suurtörmäyksen lämpö haihdutti ne pois. Kuun aines on Maan ainesta keskimäärin kevyempää, koska on lähtöisin alku-Maan suhteellisen kevyestä vaipasta. Yleisimmin mainittu törmäysteorian rasite on, ettei se suoraan selitä rautapitoisten mineraalien puuttumista Kuusta. Tältäkään osin törmäysteoria ei ole kuitenkaan täydessä ristiriidassa Kuun havaitun raudan vähyyden kanssa.
Tutkijat Rob de Meijer ja Wim van Westener ovat vuonna 2010 väittäneet, että Kuu olisi syntynyt maan sisäisen uraani- ja toriumräjähdyksen sinkoamasta aineesta. Tutkijoiden valtavirta ei tätä ajatusta kannata.
"Science"-lehdessä vuonna 2014 julkaistussa artikkelissa esitettiin todisteita siitä, että jo aiemmin uskottu Theia-planeetan törmäys Maahan tapahtui 4,5 miljardia vuotta sitten. Löydettyjä kiviä on analysoitu, ja niistä on löytynyt materiaalia toisesta planeesta, siis Theiasta.
Kuun syntytapahtumaa on mallinnettu tietokonelaskuilla. Tutkijat ovat kokeilleet monenlaisia massoja ja törmäyskulmia. Niiden mukaan esimerkiksi törmäys kohtisuoraan ei olisi synnyttänyt kuuta, kuten ei myöskään kahden saman massaisen kappaleen törmäys. Törmäysteoriassa miltei Maan radalla liikkunut suunnilleen Marsin kokoinen protoplaneetta "Theia" törmäsi viistosti nykyistä pienempään alku-Maahan, ja tällöin Maasta irtosi ainesta Kuun muodostumiseen. Näihin aikoihin Aurinkokunta lienee ollut alle 200 miljoonan vuoden ikäinen ja nykyisten planeettojen alkioiden seassa vaelteli pienempiä planeetta-alkioita eli protoplaneettoja. Tuolloin elettiin oligarkkivaihetta, joissa planeettojen muodostumiseen liittyvät suurimpien kappaleiden törmäykset olivat jo suhteellisen harvinaisia.
Alkujaan Maahan törmännyt Theia olisi liikkunut Maan radalla niin sanotulla hevosenkenkäradalla, joka olisi alkanut heilua planeettojen ratojen vaikutuksesta käyden yhä lähempänä Maata, kunnes törmäsi siihen. Maan massa olisi ollut silloin puolet tai kolmasosa nykyisestä massasta ja Theia olisi törmännyt Maahan hyvin viistosti.
Törmäysteoria tekee Kuun synnyn Maan tyyppiselle planeetalle harvinaiseksi, sillä se vaatii sopivan nopeuden, tulokulman ja törmäävien kappaleiden massan. Merkuriuksella, Marsilla ja Venuksella ei olekaan vastaavan kokoisia kuita kuin Maalla.
Törmäyksessä vapautui räjähdysmäisen nopeasti miljoona miljardia TNT-megatonnia vastaava energia. Valtavassa mullistuksessa maankuori repesi, Maan vaippa muovautui uudestaan ja valtava törmäysenergia kuumensi kiveä silikaattihöyrykaasukehäksi Maalle, jonka muoto muutteli rajusti törmäykseen liittyvässä rajussa mylläkässä. Törmääjän rautaydin sulautui Maan rautaytimeen. Eräässä tietokonemallinnoksessa törmääjän ydin kimposi Maasta Maan kiertoradalle, mutta putosi takaisin ja silloin toinen törmäys saattoi muovata Maan hetkeksi käsipainon muotoiseksi.
Kuumaa törmäysjätettä lensi kaasuna Maasta ulos. Puolet alku-Maan massasta hävisi, kun törmäys heitti Maasta massaa noin kaksi kertaa enemmän kuin Kuussa on nyt. Osa jätteestä karkasi maan vetovoimakentästä, osa satoi Maan pinnalle. Osa jäi kiertämään Maata.
Maata kiertävä siitä irronnut massa asettui nopeasti kaasuosasten keskinäisissä törmäyksissä renkaan muotoon. Aineen lämpötila olisi ollut alussa yli 4 000 astetta alle 8 maan säteen päässä Maasta. Kuuman kaasun jäähtyessä renkaaseen ilmestyi hitusia hieman samaan tapaan kuin rakeita ukkospilveen. Hituset alkoivat keskinäisissä törmäyksissä kasvaa suuremmiksi. Kuun synty vei alle 10 vuotta, eräiden mallien mukaan kuukauden. Kuu syntyi kiekon ulkoreunalla noin 20 000 kilometrin päässä Maasta. Eräiden simulaatioiden mukaan Kuu syntyi spiraalihaaroista. Maan vetovoima esti suurten kappaleiden synnyn lähellä alueella joka oli Rochen rajan sisällä.
Monien laskelmien mukaan syntyi ensin kaksi kuuta, jotka törmäsivät toisiinsa tai toinen törmäsi Maahan, niin että jäi vain yksi kuu. Kuun rata kallistui kuuhun kertymättömän törmäysjätteen vetovoiman vaikutuksesta kun Maata kiertävään renkaaseen syntyi Kuun vetovoiman vaikutuksesta tiheysaalto, jonka vetovoima kallistutti alku-Kuun rataa. Tiheysaalloista myös syntyi pienempiä kuita, jotka imeytyivät syntyvään alku-Kuuhun. Kuun rata vaihteli ja muuttui eräässä vaiheessa hyvin kapeaksi ellipsiksi rataresonansseissa. Kun Kuun rata oli hyvin kapea ellipsi, vuorovesivoimat kykenivät sulattamaan Kuun.
Synnyttyään Kuu oli sulaa laavaa. Se alkoi etääntyä Maasta vuorovesivoimien takia. Kun Kuu oli muodostunut, sen uloimmat kerrokset satojen kilometrien syvyydessä sulivat ja keveimmät aineet nousivat pinnalle. Tämän jälkeen pinta jäähtyi ja siihen muodostui kiinteä kuori.
Israelilainen tutkijakolmikko väittää, että Kuun synnyttivät yhden ison törmäyksen sijasta useat pienemmät törmäykset. Teorian mukaan Maalla oli alussa jopa kymmeniä kuita. Monen törmääjän teoria selittää sen, ettei Kuun ja Maan kosotumuksissa näy yhden ison törmäyksen synnyttämiä kemiallisia jälkiä. Silti teorialla ei ole laajaa kannatusta.
700 miljoonan ensimmäisen vuoden aikana Kuu oli voimakkaan meteoriittisateen kohteena. Kuuhun osui halkaisijaltaan noin 100 kilometrin kokoisia asteroideja. Tämän pommituksen johdosta Kuun pinnalle syntyivät kuoppia eli ”meriä” (). Erään näkemyksen mukaan Maalla olisi ollut toinen, alkukuuta paljon pienempi kuu Lagrangen pisteessä. Tämä kuu olisi luiskahtanut pois L4-pisteestä ja törmännyt alkukuuhun ja synnyttänyt Kuun kaksi erilaista pallonpuoliskoa. Noin 3,9 miljardia vuotta sitten Kuun elämässä oli rauhallisempi kausi. Törmäyksissä syntyneisiin kuoppiin alkoi syvemmältä Kuun sisästä tihkua sulaa basalttia. Noin 3 miljardia vuotta sitten kiertolainen oli saavuttanut tasapainoaseman ja "meret" olivat täyttyneet ja jähmettyneet. Tämän jälkeen Kuussa ei ole tapahtunut suuria muutoksia lukuun ottamatta meteoriittien synnyttämiä kraattereita.
Nykyisin Kuu on noin 384 400 kilometrin päässä Maasta, ja mittausten mukaan se loittonee joka vuosi noin 3,8 cm. Pieni osa Maan pyörimisliikkeestä siirtyy vetovoimavaikutuksesta Kuun rataan, minkä seurauksena kiertolainen on vuosi vuodelta kauempana emoplaneetastaan. Mitä kauemmas Kuun rata karkaa, sitä heikommaksi vuorovesi-ilmiö käy Maan pinnalla ("katso myös vuorovesilukkiutuminen"). Toistaiseksi Kuu on kuitenkin niin lähellä kiertämäänsä planeettaa, että menee vielä pitkään, ennen kuin sen loittoneminen alkaa vaikuttaa merkittävästi olosuhteisiin Maassa. Kuu on vetovoimallaan vakauttanut Maan akselin kallistumaa, joka ilman Kuuta saattaisi vaihdella jopa 60 astetta.
Törmäysteoriaa vastustavien mukaan teoria ei selitä Kuun nykyistä koostumusta. Kuussa on rautaoksidia FeO vähemmän kuin Marsissa, enemmän kuin Maassa. Tämän mukaan suurin osa Kuun vaipasta ei olisi lähtöisin Maasta. Kuusta puuttuu raskaita siderofiileiksi sanottuja alkuaineita, joita on runsaasti Maan vaipassa. Toisaalta Kuusta haettujen kivien happi-isotooppisuhteet ovat samoja kuin Maassa. Koska törmäysteorian mukaan Maahan törmänneen Theian ainetta pitäisi olla Kuussa, kuun happi-isotooppikoostumuksen tulisi erota Maan happi-isotooppikoostumuksesta.
Teorian kanssa näyttää olevan ristiriidassa Kuusta löydetty vesi, jonka olisi pitänyt haihtua törmäyksessä. Myöskään muiden haihtuvien aineiden pitoisuuksien suhteet eivät sovi törmäysteoriaan.
Tuoreen yhdysvaltalaistutkimuksen mukaan Kuun titaani-isotooppien suhde on sama kuin Maan manttelissa. Näin ollen Maahan törmänneen kappaleen on täytynyt olla kaksi kertaa luultua suurempi, jotta se olisi voinut muuttaa myös maan isotooppirakennetta.