AARDE EN MAAN AARDE EN MAAN

14‐12‐2014
AARDE EN MAAN
WIM VAN WESTRENEN
ROB DE MEIJER
OVERZICHT
Aardwetenschappers en de Maan
Maanwetenschap 1969-2014
De Maan en de Aarde:
Modellen voor Maanvorming
 Problemen met de ‘Grote Botsing’
Een nieuw idee
De nieuwste botsingsmodellen
(die de problemen niet oplossen!)
2
Aarde en Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
1
14‐12‐2014
HOE WORDEN PLANETEN GEBOREN?
HOE VERLOOPT PUBERTIJD?
3
De Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
WAAROM DE MAAN?
(1) Unieke positie vergelijkend planeetonderzoek
(2) Maan cruciaal voor modellen van de jonge Aarde
4
Aarde en Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
2
14‐12‐2014
Theia
Aarde
“Grote botsing”
5
COMPUTERMODELLEN VAN DE GROTE BOTSING
6
Aarde en Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
3
14‐12‐2014
MAANWETENSCHAP
APOLLO MAANLANDINGEN (1969-1972)
7
Aarde en Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
DROGE ZANDBAK MET STENEN
8
De Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
4
14‐12‐2014
MAANSTENEN: ZWART
9
De Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
MAANSTENEN: WIT
10
De Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
5
14‐12‐2014
RECENT MAANONDERZOEK: NIEUWE MISSIES
ESA: SMART-1
Japan: Kaguya
VS: LRO en GRAIL
11
Volle Maan
India: Chandrayaan-1
China: Chang’e 1-2-3
Analyses Apollo-gegevens
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
KAGUYA EN APOLLO
12
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
6
14‐12‐2014
APOLLO 17 EN LRO: 1972 EN 2012
13
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
LRO CAMERA’S
14
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
7
14‐12‐2014
LRO CAMERA’S: DETAILS VAN VREEMDE VERSCHILLEN
15
De Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
COMPUTERMODELLEN: TWEE MANEN?
16
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
8
14‐12‐2014
APOLLO-STENEN EN CHANDRAYAAN-1: WATER!
17
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
ER KOMT NOG (VEEL) MEER
VS: Resource Prospector Mission
China: Chang’E-4/5
Rusland: Luna-Glob 1,2
India: Chandrayaan-2
Japan: Selene-2
“Internationale Maandecade”:
Nieuwe kansen
voor Maanwetenschappers
18
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
9
14‐12‐2014
MODELLEN VOOR MAANVORMING (BAND MET AARDE):
WAT MOET ER KLOPPEN?
Relatieve massa Aarde en Maan
(82:1)
Afstand Aarde-Maan
(384.400 km)
Chemische samenstelling
van beide lichamen
Draaiimpulsmoment
(angular momentum) van
Aarde-Maan systeem
(tot eind 2012)
19
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
MODELLEN VOOR MAANVORMING
(1) Afsplitsingsmodel [George Darwin, Ringwood, Wise]
20
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
10
14‐12‐2014
MODELLEN VOOR MAANVORMING
(1) Afsplitsingsmodel [George Darwin, Ringwood, Wise]:
Verworpen: niet genoeg draaiimpulsmoment
2.3 uur versus 5.7 uur
21
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
MODELLEN VOOR MAANVORMING:
BELANG VAN APOLLOMISSIES
(2) Invang: niet waarschijnlijk door samenstelling
Wiechert et al. (2001)
22
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
11
14‐12‐2014
MODELLEN VOOR MAANVORMING:
BELANG VAN APOLLOMISSIES
(3) Tweelingen: Nee – ijzergehalte Maan te laag
23
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
GROTE BOTSING MODEL
(1975)
Cameron
Canup (2004, 2008)
24
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
12
14‐12‐2014
GROTE BOTSING (GIANT IMPACT)
+ draaiimpulsmoment klopt
+ verklaart lage ijzergehalte
van de Maan
Alle publicaties tot ±2007:
“wij kloppen met de botsing”
MAAR belangrijk resultaat van
computermodellen:
60-90% van Maan komt van
impactor, niet van Aarde
Canup (2008)
25
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
PROBLEMEN MET GROTE BOTSER HYPOTHESE:
ISOTOPEN VAN ZUURSTOF
26
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
13
14‐12‐2014
PROBLEMEN MET GROTE BOTSING:
ISOTOPEN VAN ZUURSTOF
27
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
Volle Maan
OPLOSSING VOOR ZUURSTOF:
HOMOGENISEREN NA DE BOTSING (?)
Pahlevan en Stevenson (2007)
De magische gaswolk van duizend jaar
28
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
14
14‐12‐2014
MEER PROBLEMEN MET GROTE BOTSING:
ISOTOPEN VAN SILICIUM
Klopt helemaal niet met
grote botsing
Si isotopen ook helemaal
gehomogeniseerd?
Onwaarschijnlijk
29
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
NOG MEER PROBLEMEN
ISOTOPEN VAN TITAAN, WOLFRAAM ENZOVOORTS
30
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
15
14‐12‐2014
LAATSTE NIEUWS: RESULTATEN VAN GRAIL MISSIE
Clementine missie
(jaren 90): korst gemiddeld
52 km dik
 Maan heeft veel meer
Al dan buitenkant Aarde
0
120 km
GRAIL missie (2013):
korst gemiddeld 33 km dik:
 Maan heeft evenveel
Al als buitenkant Aarde
31
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
SAMENVATTING RECENTE GEGEVENS
Isotopensamenstelling van O, Si, Ti, W op Maan identiek
aan Aardse stenen
Lijst groeit voortdurend: aluminium, watergehalte,
waterstofisotopen…
Klopt helemaal niet met de giant impact hypothese
Een artikel biedt ‘oplossing’ voor zuurstof
32
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
16
14‐12‐2014
HOMOGENISEREN NA DE INSLAG?
Is er wel genoeg tijd voor de gaswolk verdwijnt?
Hoe kan dit werken voor Si, Ti, W?
Theia materiaal kan diepe delen Aarde afschermen
33
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
ALS HOMOGENISATIE NIET WERKT…
(1) Dynamische modellen fout
(technisch probleem)
(2) Botsingsparameters fout
(alles weer open)
(3) Maan niet gevormd door
een grote botsing
Alternatieve hypothesen waarin
Maan = buitenkant Aarde moeten
serieus bekeken worden
34
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
17
14‐12‐2014
EEN ALTERNATIEVE HYPOTHESE
Maan lijkt heel erg op de aardmantel
 Terug naar Darwin’s afsplitsingshypothese met een
nieuwe toevoeging
35
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
NATUURLIJKE KERNREACTOREN
(GEOREACTOREN)?
Georeactoren hebben op Aarde bestaan (Gabon)
Hoge concentraties nodig van uraan, thorium of plutonium
36
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
18
14‐12‐2014
DE KERN-MANTEL GRENS (CMB)
Net zo dynamisch als
de aardkorst
Grote bergen, grote
verschillen
in eigenschappen
Afgezonken allereerste
korst van de Aarde?
37
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
Volle Maan
CHEMISCHE SAMENSTELLING
VAN DE KERN-MANTEL GRENS (CMB)
Aardmantel:
U 20 ppb
Th 80 ppb
Kern-mantel grens
vandaag:
U 80 ppb
Th 320 ppb
4.5 miljard jaar geleden:
U 210 ppb
Th 400 ppb
Pu 0.8 ppb
38
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
19
14‐12‐2014
IN WELK MINERAAL
ZIT DE BRANDSTOF?
Alles in 1 mineraal!
Homogene kern-mantel grens:
U 4.3 ppm
Th 8 ppm
Pu 19 ppb
Literatuur: U> 1 wt%
om kettingreactie te
beginnen
Met Pu: Minder dan
200 ppm genoeg – factor 15
39
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
KAN EEN REACTOR BLIJVEN DRAAIEN?
Geen water: snelle neutronen – “breeder reactor”
Locale U/Th concentratiefactor van 15 nodig om reactor
te laten voortbestaan
Niet onmogelijk, zelfs wenselijk
40
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
20
14‐12‐2014
AANWIJZINGEN VOOR BESTAAN REACTOREN:
SPLIJTINGSPRODUCTEN
Helium budget en
helium-isotopen
kloppen precies met
output van 5 TW
reactoren
Xe isotopen met
rare verhoudingen
kloppen met
reactorbron
41
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
TERUG NAAR DE MAAN
Darwin (1879)
Centrifugale kracht =
gravitatieversnelling in snel
draaiende Aarde
Ontbrekende energie bij dag van 5.7u:
0.5*1030 J
Energie geleverd door splijting van
6.1*1015 kg U + Th
- 1% van Aardmantelbudget
- 5% van U en Th in kern-mantel grens
42
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
21
14‐12‐2014
HYDRODYNAMISCHE MODELLEN
(VLADIMIR ANISICHKIN)
43
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
EEN ALTERNATIEVE HYPOTHESE
Klopt met eigenschappen Aarde-Maan systeem
Klopt met observaties van splitingsproducten in Aarde
Klopt met metingen aan Maanstenen
44
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
22
14‐12‐2014
NIEUWSTE BOTSINGSMODELLEN
CUK AND STEWART (2012)
Beginpunt: Aarddag van 2.3 uur !!
45
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
CUK EN STEWART: VERLIES VAN DRAAIIMPULSMOMENT
KAN MAKKELIJK
Fundamenteel verschil met eerdere modellen
Opent de deur naar Darwin zonder explosie
46
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
23
14‐12‐2014
NOG EEN BOTSING (CANUP 2012)
Verschilt sterk van Cuk en
Stewart botsingen
Ook enorme hoeveelheid
draaiing, veel meer dan nu
47
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
CONCLUSIES
Aarde en Maan zijn een bijzonder koppel
Het standaard botsingsmodel
moet in de prullenbak
Maanvorming nu weer
“opgelost” met nieuwe botsingsmodellen
MAAR loslaten argument
draaiimpulsmoment 
andere modellen terug op tafel
48
Volle Maan
Faculteit der Aard- en Levenswetenschappen
24
14‐12‐2014
Wordt vervolgd…..
49
25