Ser opp på månen på nattehimmelen ville du aldri forestille deg at den sakte beveger seg bort fra jorden. Men vi vet noe annet. I 1969 installerte NASAs Apollo-oppdrag reflekterende paneler på månen. Disse har vist at månen er det beveger seg for tiden 3,8 centimeter fra jorden hvert år.
Hvis vi tar Månens nåværende resesjonsrate og projiserer den tilbake i tid, ender vi opp med en kollisjon mellom jorden og månen for rundt 1,5 milliarder år siden. Imidlertid ble Månen dannet for rundt 4,5 milliarder år sidennoe som betyr at den nåværende resesjonsraten er en dårlig guide for fortiden.
Sammen med våre medforskere fra Universitetet i Utrecht og Universitetet i Genèvehar vi brukt en kombinasjon av teknikker for å prøve å få informasjon om vårt solsystems fjerne fortid.
Vi har nylig oppdaget det perfekte stedet for å avdekke den langsiktige historien til vår vikende måne. Og dets ikke fra å studere månen selv, men fra å lese signaler i eldgamle steinlag på jorden.
Lesing mellom lagene
I det vakre Karijini nasjonalpark i Vest-Australia skjærer noen kløfter seg gjennom 2,5 milliarder år gamle, rytmisk lagdelte sedimenter. Disse sedimentene er båndede jernformasjoner, som består av særegne lag med jern og silikarike mineraler en gang mye avsatt på havbunnen og nå funnet på de eldste delene av jordskorpen.
Klippeeksponeringer kl Joffre Falls vise hvordan lag med rødbrun jernformasjon i underkant av en meter tykk veksles, med jevne mellomrom, av mørkere, tynnere horisonter.
De mørkere intervallene er sammensatt av en mykere bergart som er mer utsatt for erosjon. En nærmere titt på utspringene avslører tilstedeværelsen av en i tillegg regelmessig variasjon i mindre skala. Bergoverflater, som har blitt polert av sesongmessige elvevann som renner gjennom kløften, avdekker et mønster av vekslende hvite, rødlige og blågrå lag.
I 1972 reiste den australske geologen AF Trendall spørsmålet om opprinnelsen til de forskjellige skalaene av sykliske, tilbakevendende mønstre som er synlige i disse eldgamle steinlagene. Han foreslo at mønstrene kan være relatert til tidligere variasjoner i klima indusert av de såkalte “Milankovitch-syklusene.”
Sykliske klimaendringer
Milankovitch-syklusene Beskriv hvordan små, periodiske endringer i formen til jordens bane og orienteringen av dens akse påvirker fordelingen av sollys mottatt av jorden over år.
Akkurat nå endres de dominerende Milankovitch-syklusene hvert 400 000 år, 100 000 år, 41 000 år og 21 000 år. Disse variasjonene utøver en sterk kontroll på klimaet vårt over lange tidsperioder.
Nøkkeleksempler på påvirkningen av Milankovitch klimapådriv i fortiden er forekomsten av ekstrem kulde eller varme perioderi tillegg til våtere eller tørker regionale klimaforhold.
Disse klimaendringene har betydelig endret forholdene på jordoverflaten, som f.eks størrelsen på innsjøer. De er forklaringen på periodisk grønnere av Sahara-ørkenen og lave nivåer av oksygen i dyphavet. Milankovitch-sykluser har også påvirket migrasjon og utvikling av flora og fauna inkludert vår egen art.
Og signaturene til disse endringene kan leses gjennom sykliske endringer i sedimentære bergarter.
Innspilte slingringer
Avstanden mellom jorden og månen er direkte relatert til frekvensen til en av Milankovitch-syklusene – den klimatiske presesjonssyklusen. Denne syklusen oppstår fra presesjonell bevegelse (slingring) eller endret orientering av jordens spinnakse over tid. Denne syklusen har for tiden en varighet på ~21 000 år, men denne perioden ville ha vært kortere tidligere da månen var nærmere jorden.
Dette betyr at hvis vi først kan finne Milankovitch-sykluser i gamle sedimenter og deretter finne et signal om jordens slingring og fastslå perioden, kan vi estimere avstanden mellom jorden og månen på det tidspunktet sedimentene ble avsatt.
Vår tidligere forskning viste at Milankovitch-sykluser kan være bevart i en gammel båndformet jernformasjon i Sør-Afrikaog støtter dermed Trendalls teori.
De båndede jernformasjonene i Australia var sannsynligvis avsatt i samme hav som de sørafrikanske bergartene, for rundt 2,5 milliarder år siden. Imidlertid er de sykliske variasjonene i de australske bergartene bedre eksponert, noe som gjør at vi kan studere variasjonene med mye høyere oppløsning.
Vår analyse av den australske båndformasjonen viste at bergartene inneholdt flere skalaer av sykliske variasjoner som omtrent gjentas med 10 og 85 centimeters mellomrom. Ved å kombinere disse tykkelsene med hastigheten som sedimentene ble avsatt med, fant vi at disse sykliske variasjonene skjedde omtrent hvert 11.000. år og 100.000.
Derfor antydet vår analyse at syklusen på 11 000 observert i bergartene sannsynligvis er relatert til den klimatiske presesjonssyklusen, og har en mye kortere periode enn de nåværende ~21 000 årene. Vi brukte da dette presesjonssignalet til beregne avstanden mellom jorden og månen for 2,46 milliarder år siden.
Vi fant ut at månen var rundt 60 000 kilometer nærmere jorden da (den avstanden er omtrent 1,5 ganger jordens omkrets). Dette vil gjøre lengden på en dag mye kortere enn den er nå, på omtrent 17 timer i stedet for dagens 24 timer.
Forstå solsystemets dynamikk
Forskning innen astronomi har gitt modeller for dannelsen av vårt solsystemog observasjoner av nåværende forhold.
Vår studie og noen undersøkelser av andre representerer en av de eneste metodene for å få reelle data om utviklingen av vårt solsystem og vil være avgjørende for fremtidige modeller av jord-måne-systemet.
Det er ganske utrolig at tidligere solsystemdynamikk kan bestemmes fra små variasjoner i eldgamle sedimentære bergarter. Et viktig datapunkt gir oss imidlertid ikke en full forståelse av utviklingen av Jord-Måne-systemet.
Vi trenger nå andre pålitelige data og nye modelleringsmetoder for å spore Månens utvikling gjennom tiden. Og forskningsteamet vårt har allerede begynt jakten på den neste bergarten som kan hjelpe oss med å avdekke flere ledetråder om solsystemets historie.
Joshua Daviesprofessor, jord- og atmosfærevitenskap, University of Quebec i Montreal (UQAM) og Margaret LantinkPostdoktor ved Institutt for geovitenskap, University of Wisconsin-Madison
Denne artikkelen er publisert på nytt fra Samtalen under en Creative Commons-lisens. Les original artikkel.