A HOLD GEOLÓGIÁJA

BELSŐ FELÉPÍTÉS

Fontosabb adatok (Almár-Horváth, 1981; Marik, 1989):

Átmérője 0,273 föld-átmérő = 3 476,1 km
Tömege 1/81,305 földtömeg = 7,344×10²² kg
Térfogata 0,0,2 Föld-térfogat = 2,199×10⁹ km³
Sűrűsége 0,606 földsűrűség = 3,334 g/cm³
Nehézségi gyorsulás értéke a felszínen 0,165 g = 1,62 m/s²
Első kozmikus sebesség (a Földön = 7,9 km/s) = 1,68 km/s
Második kozmikus sebesség (a Földön = 11,2 km/s) = 2,374 km/s

Bár gyakran bolygónak nevezzük, a planetológusok a Holdat mégis inkább egy másik csoportba, a bolygószerű égitestek közé sorolják. Bolygóknak a Nap körül keringő nagy méretű égitesteket nevezzük. Így pl. a Föld-Hold kettős rendszerből a Földet tekintjük bolygónak, míg a hozzá tartozó Holdat, viszonylag nagy mérete és közel gömb alakja ellenére sem tartjuk annak. A Hold valójában nem gömbölyű, sőt, nem is forgásszimmetrikus test (2. ábra). Az alakját kissé deformálta az anyabolygó gravitációs vonzása; a tömegének több, mint a fele a Föld felé néző "félgömbben" található. A tömegközéppontja sem esik egybe a geometriai középpontjával, hanem attól 1,68 km-rel eltávolodott a Föld irányába (Illés, 1996).

2. ábra. A Hold alakja a tér három irányából szemlélve -
az ábrán a szemléletesség kedvéért a különbségeket erősen felnagyították
(Almár-Horváth, 1981).

A Hold belseje a bolygókhoz hasonlóan réteges felépítésű. Ezt az ún. gravitációs differenciálódás alakíthatta így, amely az Archimédész-féle törvény szerint zajlik. A korábban forró, olvadt állapotban lévő holdanyagból a legnagyobb fajsúlyú összetevők (pl. vas) lehúzódtak a centrum felé, majd rájuk, a csökkenő sűrűség szerinti sorrendben rétegződtek a többiek. A felszínre így már a legkönnyebb anyagok kerültek. Vagyis az egyes rétegek felépítése kémiailag sem azonos, bár ennek még más okai is lehetnek, lásd a 2.2. fejezetet.

A kéreg legkülső ilyen gömbhéj. Ez viszonylag hideg és elég vastag kőzetréteg; a felénk eső oldalon átlagosan 60 km mélységig mehet, a legnagyobb érték 95 km. A túloldal felé haladva fokozatosan vastagodik, ott átlag 68 km, de legfeljebb 107 km. A túloldali vastagabb kéreg a felszín felé is kidudorodik, de a mélybe is erősebben lenyúlik; a sűrűsége ugyanakkor kisebb, mint az innenső oldalon (Illés, 1996). A kéreg anyaga a földi gránithoz hasonló, ún. anortozit gabbró (ez egy mélységi magmás kőzet). Az összetétele azonban nem teljesen azonos Hold két oldalán.

A szárazföldek alatt a kéreg 70-100 km-es, a tengereknél jóval vékonyabb, de minden esetben más és más vastagságú. Itt egy kb. 10-20 km-es felszíni bazalttakaró alatt egy 40-50 km vastag anortozitos réteg található (Marik, 1989).

A köpeny a kéreg után következik; ez is eltérő állapotban van a két oldalon. Nagyjából 1000 km mélységig mehet, a kéregnél sűrűbb és rugalmatlanabb. Főként szilikátkőzetekből épül fel, valószínűleg nagy mennyiségben tartalmaz piroxént és olivint (Herrmann, 1992).

Majd egy részben olvadt zóna alatt - valószínűleg - a mag található.

A holdmag nyomában. Korábban komoly kételyek merültek fel, hogy a Hold belsejében létezhet-e a Földéhez hasonló, vasban gazdag, folyékony mag. Ellene szólt a bolygó kis mérete, hiszen - mint arról a 2.2.1. fejezetben szó lesz - a kisebb égitestek gyorsabban hűlnek, mint a nagyobbak. A Hold mágneses tere is jelentéktelen erejű (a felszínen átlagban 1-5 nanotesla (Sik-Simon, 1999)),ez és a Földénél jóval kisebb átlagsűrűsége legalábbis a csekélyebb vastartalomra utalhat. A vulkanizmus szinte teljes hiánya és a minimális szeizmikus tevékenységek (lásd lentebb) sem mutat forró, aktív belsőre.

A 80-as években műholdak és az Apolló-expedíciók mérései alapján úgy vélték, hogy egy kis méretű, a teljes térfogat legfeljebb 2,5%-át elfoglaló, olvadt szilikátokból álló mag lehet a Hold központjában. A hőmérsékletét 1500 ^oC-ra becsülték. (Dorschner,1980). 1991-ben Christopher T. Russel az Apolló-expedíciók mágneses méréseinek finomabb elemzésével 800 km-t kapott a mag átmérőjére. A 90-es évek végén azonban több, egymástól független vizsgálat is a földtípusú magot valószínűsítette.

Először, a Lunar Prospector mozgása alapján felrajzolták a Hold gravitációs térképét. Mivel az űrszonda nagyon alacsony pályán, mindössze 100 km magasan keringett, a mérés alapos és pontos volt. Ilyen közel a bolygóhoz, a belső felépítés is jobban megmutatkozik a gravitációs tér szerkezetében. Ennek alapján Alex S. Konopliv és mások úgy számították, hogy a magban lehet a Hold tömegének az 1-4%-a. Ha ez tiszta vasból áll, akkor 440-900 km, ha azonban kisebb sűrűségű vasszulfidból, 1000 km átmérőjű lehet. A szeizmikus mérések eredményei inkább az előbbire utalnak (Illés, 2000, 144.o.).

Másodszor, szintén a Lunar Prospector közreműködésével, kimérték a Föld mezeje hatására a Holdban indukálódó mágneses térerőt. Kísérőnk ugyanis minden hónapban belemerül a Föld magnetoszférájába, s közben valamennyire maga is "felmágneseződik". E mérések nyomán Lon L. Hood és munkatársai a holdmag lehetséges méretét 600 és 850 km közé szorították.

Harmadszor, a James G. Williams vezette kutatócsoport az ún. librációkat (lásd a 3.1.2. fejezetet) tanulmányozta, mivel ezek az ingadozó mozgások is függnek a belső szerkezettől. Lézeres mérésekkel, az Apolló-expedíciók és egyes szovjet szondák által a Holdra telepített tükrök felhasználásával nagyon pontosan kimérték a librációkat, de bevetették az előbb említett részletes gravitációs térképeket is. Az eredmény az volt, hogy a mag mérete legfeljebb 700 km, és legalább részben folyékonynak kell lennie. Ezért, ha színvasból van, 1660 ^oC-nál forróbb kell legyen (Sky and Telescope, 1999 augusztus). Valószínűleg azonban ként, vas-szulfidot és nikkelt is tartalmaz (Herrmann, 1992), egy ilyen elegy pedig már 1000 fok alatt is olvadt állapotban lehet. Ez pedig egészen elfogadható hőmérsékletnek látszik. A kutatók ma úgy gondolják, hogy a mag a holdtömeg 2-3%-át teszi ki (a Föld esetében ez 32%!). a Hold gyorsabb kihűlésére utalhat, hogy sugarának csak 20%-áig terjed a mag, míg a Föld esetében 55%-áig. (ugyanez térfogatban: 0,8 és 16%). Ezekből az adatokból egyszerű tömeg/térfogat osztással kiszámítható, hogy a földmag sűrűsége kétszerese a bolygó átlagsűrűségének, vagyis 11 g/cm³, a Hold esetében pedig kb. 8,335 és 12.5 g/cm³ között lehet. Vagyis a holdmag valóban hasonlíthat a Földéhez.

Szeizmikus aktivitás. Ennek vizsgálatánál az előbbitől némileg eltérő felosztást használnak. A felső, kb. 100 km mélységig tartó, szilárd héjat, benne a kéreggel és a köpeny külső részével kőzetburoknak, litoszférának nevezzük, ezután a forróbb asztenoszféra, majd a mag következik.

A Föld litoszférája vékonyabb (a szárazföldek alatt 70-100 km, az óceánok alatt átlagosan 50 km), különösen, ha a bolygó nagyobb méretéhez viszonyítjuk. Ezt sokkal könnyebben áttörik a lenti, izzó kőzetekben végbemenő áramlások, s az így megnyíló hosszú repedések a kőzetburkot önálló elemekre bontották. Ezek az ún. kőzetlemezek az alattuk lévő, forró, képlékeny asztenoszférán úsznak. A lenti, felszínre törekvő magma hatására folyamatosan elmozdulnak egymáshoz képest, hátukon cipelve a kontinenseket is. Mozgásukkal a lemeztektonika tudománya foglalkozik. A mélyben, többek között magában a litoszférában kipattanó feszültségek naponta több száz kisebb-nagyobb földrengést okoznak, a törésvonalak mentén, a neuralgikus pontokon pedig tűzhányók emelkednek. Az ún. belső erők tehát még ma is jelentős felszínformáló hatásúak a Földön. (A Hold-Föld rendszer bonyolultságát jelzi, hogy ebben a Hold keltette árapályfűtésnek is szerepe van (4.2.3. fejezet), mivel a Föld így lassabban hűl, mint kellene.) Nem így a Holdon, ahol nincsenek kőzetlemezek, mivel a kéreg és az alatta elhelyezkedő vastag köpeny tulajdonképpen egységes, merev gömbhéjak. Nem létezik a Földéhez hasonló, képlékeny, mozgékony asztenoszféra sem. A részben olvadt zóna is csak kb. 1000 km mélységben kezdődik, a magma tehát csak igen ritkán juthat a felszínre, ez az oka a vulkanizmus szinte teljes hiányának.

A holdrengéseket - naponta átlagosan mindössze 1,3 fordul elő - nagyrészt külső erők idézik elő, így kozmikus becsapódások vagy a földi árapályerő. (A rengések gyakorisága mindig akkor éri el a maximumát, mikor a Hold pályája perigeumában van (Almár-Horváth, 1981).) Ilyenkor, azaz földközelben, a Hold anyaga függőleges irányban összenyomódik, míg vízszintesen széthúzódik. Ekkor rések tárulhatnak fel, s a mélyben megbúvó gázok a felszínre törhetnek. Egyes elméletek szerint ezek okozzák azokat a vöröses fénypamacsokat, amelyek a Holdon néha rövid időre megfigyelhetőek. Ezek ui. leggyakrabban szintén a perigeum idején bukkannak elő (Herrmann, 1992). Megfigyeltek egy másik maximumot is, amely 206 napos periódusidővel ismétlődik, ezt valószínűleg a Nap hatása okozza.

A "valódi" holdrengések is csak néhány centrumból származnak, amelyek mind a részben olvadt zónában, vagyis több, mint 1000 km-es mélységben helyezkednek el. A Hold ma szeizmikus szempontból sokkal nyugodtabb, mint a Föld.

A holdrengések kis erővel kezdődnek, s kb. 5-12 perc után tetőznek. Az erejük még a 3-as fokozatot is ritkán éri el a Richter-skálán. A lecsengés felezési ideje 7-30 perc, így egy-egy holdrengés, ami a Földön - ereje folytán - csak percekig tartana, itt akár órákig is elhúzódhat. Ez arra utal, hogy a rengéshullámok nem nyelődnek el könnyen a belső rétegekben. Tehát a felszín közelében a kőzetek lyukacsos felépítésűek, s nem tartalmaznak sem folyadékokat, sem sűrűbb gázokat (ezek jobb abszorpciót adnának).

HOLDKŐZETEK

Az elemeloszlás már eleve más a Holdon felszínén, mint a Földön: itt is sok a Si és az Al, még több a Fe, a Ca, és a Mg, ugyanakkor a Ni és a Ti is igen gyakori; a magas titántartalom okozza a felszín sötétszürke színét is. Viszont alkálifémekből, mint a Ba, vagy az illékonyabb Na, K, amelyek a Földön bőven előfordulnak, itt csak nagyon kevés van, ugyanígy a Cu-ból és az U-ból is (Herrmann, 1992).

A vegyületek. A holdfelszín ásványainak 95 tömegszázaléka a következő egyszerű anyagokból épül fel (Bérczi, 1994): SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaO, FeO és TiO₂ (ez utóbbi inkább egyes Mare-bazaltokban fordul elő).

A kőzetalkotó ásványok ezekből az anyagokból kombinálódnak. A lényegesebbek:

1. Olivin. Kémiai képlete: (Fe, Mg)₂SiO₄. Ez a bazaltok egyik legfontosabb összetevője; sárgászöld színű, rombos kristályai vannak.

2. Piroxén. (Mg, Fe, Ca)₂Si₂O₆. Fényes, általában sötétzöld vagy sötét, a barna-fekete közötti szilikát, a Földön pl. a vulkáni tufában megtalálható.

3. Plagioklász. CaAl₂Si₂O₈. Ez egy földpátféle ásvány.

4. Ilmenit (FeTiO₃), és kísérőfázisai: vas (Fe), triolit (FeS). Ez utóbbi az egyetlen szulfid, amit eddig találtak a Holdon.

A holdkőzeteknek sok egyedi jellemzője van, elsősorban az itteni sajátos körülményeknek, többek között a napszélnek és a mikrometeorok érkezésének köszönhetően. Ezek pl. földi körülmények között alig befolyásolják a felszíni folyamatokat, a Hold esetében azonban hatásuk jelentős.

3 új ásványt is találtak a Holdon:

1. Armalcolit. Képlete: (Mg, Fe)(Ti, Zr)₂O₅. Nevét az Apolló-11 űrhajósai nevének első szótagjából kapta: az Armstrong, Aldrin, és Collins összevonásával. TiO₂ tartalma meghaladja a 70%-ot.

2. Tranquillityit. Az armalcolit egyik változata, jelentős mennyiségű Cr-ot és Zr. Képlete: Fe₈(Zr,Y)₂Ti₃Si₃O₂₄. Erre néhány mare bazaltban bukkantak, ahol a fő alkotórészek mellett, kísérőásványként szerepelt.

3. Pyroxferroit. A képlete: CaFe₆(SiO₃)₇. Nagy vastartalmú, részben szilikátláncra épülő ásvány. Szintén a mare bazaltokban találták meg.

A kőzetek az ásványok különféle keveredésével, kombinálódásával állnak elő. A Holdon mindössze három alaptípust azonosítottak. A felszínén a legjelentősebb ásványformáló hatása a kisebb-nagyobb becsapódásoknak volt, de a napszél és a korai vulkanikus tevékenység is közrejátszott. Igen sok kőzeten találták meg az ütközéses átalakulás, a sokk-metamorfózis jeleit. A robbanási lökéshullám, és gyakran a hőhatás is, eltorzítja a kristályok szerkezetét. Így sok kőzetminta mozaikos felépítésű, törésmutatójában, sűrűségében jellegzetes ingadozás tapasztalható.

A három alapkőzet:

1. Magmatikus eredetű, vagy kristályos, buborékos töredékek, kis és közepes részecskékből.

2. Holdpor, 1 cm alatti szemcsemérettel (Herrmann, 1992).

3. A breccsák olyan összetett anyagegyüttesek, amelyek több ásványból, porból alakultak ki; ezeket a meteoritbecsapódások szögletes törmelékké aprózták, egymáshoz tapasztottak vagy összeolvasztották, végül újrakristályosodván, megszilárdultak. Az összes holdi breccsa viszonylag sok Al₂O₃-at foglal magába. 3-fajtáját ismerjük, közülük leggyakoribb az ún. polimikt típus, amely megfigyelhetően két fázisból álló összetett kőzet; a durvaszemcsés, éles szélű törmelékrészecskéket finom kőzetszövet cementálja egybe. Ezek egyes alkotórészei általában különböző helyeken, eltérő módon keletkeztek, s később elkeveredtek, azután egy-egy meteor okozta hő hatására összesültek. Igen sokféle breccsa tartozik ide, közülük jónéhányban üveges részeket is felismerhetünk.

A holdi regolitban mindhárom alapkőzet megtalálható. Ez a viszonylag vastag por és törmelékréteg a hegyek kivételével a Hold egész felületét borítja. A regolitszemcsék mérete széles határok között változik, általában 2 mm-nél kisebb, de méteres darabok is vannak. A becsapódások okozta erózió hatására alakult ki az eredeti felszíni kőzetrétegekből. Ezeket a sorozatos becsapódások feldarabolták, breccsásították, felolvasztották, gyakran megüvegesítették. Ez a folyamat természetesen ma is tart. Ebből következik, hogy a regolittakaró vastagsága egy adott helyen az asztroblémák sűrűségével arányos. Ezért vastagabb az idősebb szárazföldeken, mint a fiatalabb tengereken.

A regolit rétegesen helyezkedik el, az egyes eltérő szemcseméretű és vegyi összetételű sávok egy-egy kráterképző esemény eredményei. Így a vastagság lépcsőzetesen nőtt, és mivel két nagyobb ütközés között hosszú idő is eltelt, ezalatt a felszíni réteget a napszél és a mikrobecsapódások jelentősen átformálhatták. Így alakult ki a felszíni jellegzetes, finom porból álló, tapadós "holdtalaj" , amelyre az űrszondák és az űrhajók is leszálltak (Marik, 1989). De a réteges felépítést a változások sebességének mérésére is felhasználhatjuk, így pl. magának a regolitnak az átrétegződési idejét is meg lehet mérni a kozmikus sugarak keltette izotópok segítségével. A meteorbecsapódások nagyon lassan forgatják ki a talajt: egy 1 méter vastag felületi réteg több 100 millió év alatt rétegződik át teljesen (Herrmann, 1992).

Mare-bazaltok. Kémiai összetételük alapvetően megegyezik minden tenger esetében, főként plagioklászból, ilmenitből és piroxénből állnak, közülük ez utóbbi a leggyakoribb. Többnyire kristályos kőzetek, sötétszürke vagy fekete színűek. Kétféle van belőlük: fiatalabb (3,15-3,45 milliárd éves), kis titántartalmú (1-5%-nyi TiO₂), és idősebb (3,55-3,87 milliárd éves) magas titántartalmú (9-13%-nyi TiO₂) bazaltok. Az előbbiek 200-500 km-es mélységből származnak, elsősorban az itteni olivin-piroxén összetételű lávából, míg az utóbbiak a Hold felső, legfeljebb 150 km vastag rétegéből, olivin-piroxén-ilmenit fázisokkal.

Külön színt jelentenek a KREEP-bazaltok (a rövidítés jelentése: Kalium, Rare Earth Elements and Phosphor = jelentős kálium, ritkaföldfémek és foszfor tartalom). Sok radioaktív izotópot, főként 40-es káliumot tartalmaznak. Feltehető, hogy anyagaik a holdi tóriummal együtt az ún. második differenciálódás végén, a kéreg és a köpeny között keletkeztek, és később a tűzhányókból, vagy a kozmikus ütközések segítségével kerültek a felszínre. Ezért afféle jelzőanyagnak is használhatók a felszín változásainak feltérképezésére (Sik-Simon,1999). A KREEP-üvegek a sugaras szerkezetű kráterek világos vonalaiban is nagy mennyiségben fellelhetőek.

Terra-kőzetek. Ezek nagy részben anortozitból állnak, jelentős alumíniumtartalommal. Leginkább különféle breccsák találhatóak itt. Mivel a szárazföldek a legidősebb holdfelszíni alakzatok, valószínű, hogy ezek az eredeti, vastag anortozitos kéreg mai hírmondói. Az anyagnak azonban csak elenyésző része maradhatott meg eredeti állapotában.

Sok anortozitos anyagban nem is találtak különösebb mennyiségű fémes összetevőt. Összesen háromfajta anortozit-kőzetsorozatot azonosítottak: a magas Fe/Mg aránnyal rendelkező ferro-anortozitokat, illetve az alacsony arányú Mg-noritokat és Mg-gabbronoritokat. Ezek közül inkább az első lehetett az ősi kéreg alkotórésze, a másik kettő később kristályosodott (Meyer, 1994).

Összefoglalás. A Holdon eddig - a különböző módosulatokat és kísérő fázisokat is figyelembe véve - összesen alig 30, igen egyszerű ásványfajtát találtak, míg a Földön közel 3000-et ismerünk, melyek legtöbbje sokkal összetettebb. Tudjuk, hogy minden ásvány a Hold felszínén - beleértve a tengerek bazaltjait és a szárazföldi kőzeteket is -, közös eredetű, hiszen végső soron ugyanabból a magmából származnak. Egyik lehetséges magyarázat tehát az, hogy az ásványok viszonylag kevéssé differenciálódtak, s nem alakult ki a Földéhez hasonló sokféleség. Ráadásul vízmentes és igen redukáló körülmények között keletkeztek, így nem is tudtak bonyolult struktúrákat képezni. A mindössze néhány anyagfajtából, egyszerű szerkezeti séma szerint dolgozva pedig csak kevés fajta ásványt tudunk felépíteni (Marik, 1989). De vannak más magyarázatok is, amelyek a holdkeletkezési elméletekhez kapcsolódnak (2.1. fejezet). Ezeknek meg kell magyarázniuk a Hold és a Föld különbségeit, és hasonlóságait egyaránt. A két bolygón ugyanis az egyes elemekben jelenlévő izotópok aránya igen hasonló (Illés, 1999). Mindez komolyan befolyásolja elképzeléseinket a Hold eredetéről.

A HOLD TÖRTÉNETE

A HOLD KELETKEZÉSE

A probléma nem újkeletű: a tudósok több, mint egy évszázada foglalkoznak vele. Az űrkorszakban a Hold tüzetesebb vizsgálata, s a - főleg az Apolló-expedíciók nyomán - ismertté vált adattömeg adott ismét komolyabb lökést a találgatásoknak. A Földre visszahozott kőzetek tanúsága szerint a Hold kora nagyjából megegyezik a Földével, azaz kb. 4,5 milliárd éves lehet. A Föld kora a pontosabb becslések szerint 4,57 milliárd év (Comins, 1994). A két égitest tehát jó közelítéssel egyszerre vagy csak csekély időeltéréssel keletkezhetett. A geológiai kutatások eredményei azt valószínűsítik, hogy a Hold kisebb, hideg darabokból állt össze, (amelyek előzőleg fokozatos sűrűsödéssel épültek fel, lásd a 2.1.1.1. fejezetet) a kölcsönös tömegvonzás segítségével. A kérdés az, hogy magának a Földnek milyen szerepe lehetett ebben a folyamatban.

Egy keletkezési elméletnek ma már elég sok vizsgán kell átmennie. Magyarázatot kell adnia többek között a Föld-Hold rendszer egyediségére, a két égitest különbségeire és hasonlóságaira, a Hold belső felépítésére és pályajellemzőire. Tökéletesen kielégítő elmélet ma még nincs, még a legígéretesebb, az ún. óriás ütközés elmélet is hagy néhány nyitott kérdést. A tudósok pedig ma még a Föld geológiai történetét is csak hozzávetőlegesen ismerik, így a Holdra vonatkozó elméleteket érdemes óvatosan kezelni. Három nagy keletkezési elmélet ismert, a továbbiakban ezeket vizsgáljuk meg közelebbről.

KÖZÖS KELETKEZÉS A FÖLDDEL

Ezen elképzelések arra a feltevésre épülnek, hogy a Föld és a Hold kialakulásának sok köze van egymáshoz, tulajdonképpen bolygótestvéreknek tekinthetjük őket. Ez elvileg kétféleképpen valósulhatott meg.

Közös anyagfelhőből

Érdemes először feleleveníteni a Naprendszer keletkezéséről szóló elméleteket. Tudjuk, hogy a folyamat kb. 4,6 milliárd évvel ezelőtt kezdődött, egy nagyjából 15 milliárd km átmérőjű, korong formájú anyagfelhővel. A korong forgásban volt: a részecskék a tömegközéppont körül keringtek. Az egyes területeken már kezdetben is eltérő sűrűséggel fordult elő a gáz és a por. Saját tömegvonzása fokozatosan a centrumba húzta össze az anyag nagyobb részét, s később ebből alakult ki a központi csillag. Közben a külső területeken, egyes lokális örvénylések környékén is sűrűsödni kezdett az anyag. Itt a gáz- és porrészecskék mozgásuk közben egymáshoz csapódtak, ilyenkor az ütközés erejétől függően vagy tovább aprózódtak, vagy összeolvadtak. Hamarosan kisebb-nagyobb szilárd szemcsék keletkeztek, amelyek folyamatosan nőttek. Előbb-utóbb nagyobb sziklatömbök, afféle gravitációs centrumok alakultak ki, amelyek lassanként a többi maradék anyagot is magukhoz vonzották. Így formálódtak ki a későbbi bolygóképzők, a planetezimák. Ezek mérete a néhány km-től akár több 100 km-ig terjedhetett, s az ő összeütközéseikből, egyesüléséből alakultak ki a bolygók. Minden ilyen becsapódásnál igen sok hő szabadult fel, amely megolvasztotta és hosszú ideig forrón tartotta a fiatal bolygókat. Az izzó, folyékony anyagot a saját gravitációs ereje a legkisebb felületűre igyekezett összehúzni - ez a gömbalak. Végül ebben a formában szilárdultak meg a bolygófelületek, bár ezt még módosíthatták más erők (pl. a forgó rendszerben fellépő centrifugális erő, vagy állandóan jelenlevő gravitációs hatások). Eközben a belsejükben megindult a gravitációs differenciálódás, kialakultak a gömbhéjak. (Ezt az evolúciós utat a kőzetbolygók járták be, a Jupiter-típusú bolygók könnyebben kialakulhattak. Számunkra azonban most a Föld-típus az érdekes.) A gázfelhőből a bolygórendszer összesen mintegy 10 millió év alatt fejlődött ki (Comins, 1994).

Az egyes bolygók ezután geológiailag is más-más utat követhettek; a belsejükben és a felszínükön az átalakulási folyamatok máig is tartanak; a megmaradt planetezimák ma is, mint bolygóközi törmelék kóborolnak a Naprendszerben.

A legfontosabb kérdés, amire máig nem sikerült megnyugtató választ találni, hogy mi az oka a Naprendszer perdület- és a tömegeloszlása között meglévő ellentmondásnak? A rendszer tömegének ugyanis több, mint 99%-a a Napban van, míg a perdületének alig 1%-a jut rá. A többit nagyobbrészt a bolygók keringési perdülete adja (a forgásukból adódó többlet viszonylag kicsi). A gázfelhő keringő anyagainak végeredményben kb. 99%-a, s velük az impulzusmomentum nagy többsége kerülhetett a Napba, ezért logikus lenne, hogy az ő forgása képviselje a legnagyobb részt. A mai keletkezési elméletek sem képesek teljesen magyarázni ezt a furcsaságot, vagy csak elég nyakatekert módon. Az egyik legújabb szerint pl. a Nap - erős mágneses mezeje közvetítésével - átadta a forgást a körülötte lévő, csomósodó gázködnek. Kérdés, lehet-e ilyen jelentős hatást tulajdonítani a mágneses térnek, és - a mi szempontunkból - , hogy mennyire következik az elméletekből a bolygók kísérőinek léte, és ezek általunk is ismert elrendeződése. (Pl. a Jupiter-típusú óriásbolygók körül igen sok hold van, míg a Föld-típusúak esetében csak egy; ez a miénk.)

Ezen holdképződési elmélet hívei azt állítják, hogy a későbbi földpálya helyén egy nagyobb anyagcsomó keringett, amely később valamilyen okból kettévált, s végül - az előbbi módon, fokozatos összetömörödéssel - a nagyobbik részből a Föld, a kisebbikből a Hold alakult ki.

Az elképzelés megnyugtatóan tisztázná a dolgot - semmi rendkívüli esemény, a bolygó elég magától értetődő módon keletkezett - ám mégis hagy néhány nyitott kérdést. Először is, a Hold nem közönséges égitest - akkor lenne az, ha a többi három kőzetbolygónak is lennének kísérői. Lehetne a Földnek is még néhány; az elmélet ezt sem zárja ki. De nincs több ilyen égitest. Vannak ennél nagyobb problémák is, ezek általában a közös eredet nehézségeit foglalják össze, a következő fejezetben.

A Föld egy kiszakadt darabjából

Ez az elképzelés még George Darwintól, az evolúció felfedezőjének fiától származik. Szerinte a Napot körülvevő anyagfelhőből először a Föld alakult ki, amely kezdetben igen gyorsan forgott. Az ilyenkor fellépő, nagy centrifugális erő dobta le később a felszínéről azokat a kőzetdarabokat, amelyekből azután összeállhatott a Hold. Esetleg csak egyetlen hatalmas kőtömb vált le, amelyet a későbbi meteorzápor megolvasztott, s így végül felvehette a bolygók jellegzetes gömb formáját.

A leválás fokozatos lehetett. Először csak egy kisebb egyenetlenség, afféle dudor keletkezett a Föld arcán. Mivel a centrifugális erő egyenesen arányos a keringő test tömegével, szögsebességének négyzetével és a forgástengelytől mért távolsággal, ezt a pontot erősebben taszította kifelé, mint a földfelszín többi részét, és minél jobban kidudorodott, annál jobban. A rá ható gravitációs vonzás viszont fokozatosan gyengült, minél távolabb került a tömegközépponttól. Mindezek eredményeként a kitüremkedés folyamatosan nőtt, s a bolygó kezdett lassan súlyzó alakot ölteni. Végül, mikor a kötőerők nem bírták tovább, a kisebbik darab leszakadt a felületéről. A kivált darab(ok) helyén pedig a Csendes-óceán medencéje maradt vissza - vélte Darwin.

E teória Achilles-sarka a perdületmegmaradásnál van. Ha ui. a Föld elég gyorsan forgott, hogy leválhasson róla egy nagyméretű anyagcsomó, akkor az impulzusmomentuma - amelyen ezután ketten osztoztak a Holddal - olyan nagy volt, hogy évmillárdok alatt sem lassulhattak le a mai értékre: mind neki, mind a Holdnak ma kb. 4-szer gyorsabban kellene pörögnie, mint a valóságban (Jayawardhana, 1998).

Manapság mindkét teória súlyos nehézségekkel küszködik, amelyek elsősorban a Föld és a Hold különbözőségéből fakadnak. Hiszen, ha közös eredetűek lennének, akkor nagyon hasonlítaniuk kellene egymásra, pl. a sűrűségüknek és a kémiai összetételüknek legalábbis közelegyezőnek kellene lennie.

A Föld átlagsűrűsége 5,5 g/cm³, míg a Holdé 3,334 g/cm³. Ezt a Darwin-féle elmélet még jól magyarázhatja: a földköpeny sűrűsége ugyanis majdnem ugyanennyi. (Dorschner, 1980). A köpeny a Földön is a közvetlenül a kéreg alatt elhelyezkedő, részben még szilárd gömböv. Eszerint a Föld belsejében előbb végbement a gravitációs differenciálódás, s kialakult a köpeny, és csak azután váltak le róla a Hold anyagai, innen az egyező sűrűség.

A kőzetek vegyi összetétele is egészen más (erről lásd az 1.2.2. fejezetet), s nem biztos, hogy ezt teljesen meg lehet magyarázni az ott felsorolt érvekkel. Az is igaz, hogy a megvizsgált kőzetek csak a Hold felszínéről vagy legalábbis a felszín közeléből valók, s nem tudjuk pontosan, mi van ez alatt. Idekint ugyanis érhették olyan hatások az ásványokat, amitől eredeti vegyi felépítésük megváltozott, ezért némileg eltérhetnek a mélyben található kőzetektől. Főként a kráterképző események termelte hőre gondolhatunk, amely sok idő alatt egyszerűbb anyagokra bonthatta az összetettebbeket is, vagy a napszél által belőtt atommagokra. Egyes elképzelések szerint lehetséges, "hogy a Föld és a Hold egy időben, egymás környezetében, de inhomogén összeállással keletkezett, ami a kémiai különbséget megmagyarázná." (idézi Marik, 1989).

Nemrég azonban mindkét elméletet megdönteni látszott a Clementine űrszonda felfedezése: igen finom spektrális és egyéb méréseiből ui. az derül ki, hogy a Hold és a Föld általános felépítésében az egyes elemek is eltérő arányban vesznek részt. (A Clementine konkrétan a vasról állapította meg, hogy a Hold jóval kisebb százalékban tartalmazza, mint a Föld.)

Ezért nehéz elképzelni, hogy a két bolygó közelebbi rokona lenne egymásnak; ehelyett felmerül a külső eredet lehetősége.

KÜLSŐ EREDET

Már korábban is gondoltak arra, hogy a Hold azelőtt egy Nap körül keringő önálló égitest lehetett. A Földtől függetlenül, a gázkorong más régiójában alakult ki, ez jól magyarázná a közöttük meglévő különbségeket. A földpálya közelében is elhaladhatott időnként, s bolygónk végül befogta - kaptálta - s a kísérőjévé tette. Az ilyen jelenség egyébként elég gyakori: lehetséges (bár nem túl valószínű), hogy a Mars is hasonlóan "szerezte meg" a Phobost és a Deimost, valahonnan a kisbolygóövezetből.

Az elmélet jellegéből következik, hogy vannak komoly buktatói. Megint utalni kell a Föld és a Hold azonos izotópösszetételére, ami aligha lehet véletlen egyezés. A másik probléma az égimechanika törvényeiből adódik. Egy kozmoszból érkező égitestnek ahhoz, hogy pályára álljon egy másik körül, vagyis kötött állapotba kerüljön, előbb kinetikus energiát kell leadnia. (Ilyenkor az összenergiája pozitívból negatívba fordul.) Ez könnyebben megoldódik, ha a befogó égitest jóval nagyobb tömegű, ilyenkor ő veszi fel a fölös mozgási energiát. Ez a Hold esetében nem működik, mivel a tömege viszonylag jelentős a Földhöz képest, így a leadandó energia is túl nagy lesz. Ilyenkor szükség van egy harmadik, nagy tömegű bolygó közreműködésére, hogy működésbe lépjen az ún. "gravitációs csúzli", s ekkor ő viszi el a fölös energiamennyiséget. (A földi űrszondáknál is gyakran így növelik a sebességet; ez az ún. hintamanőver.)

Az azonban, hogy a Naprendszerben három nagyméretű égitest egyidőben ilyen közel legyen egymáshoz, nagyon valószínűtlen - még kettő találkozása is ritka. A gravitációs csúzli pedig csak speciális esetben működik; meg van szabva, hogy melyik égitestnek milyen tömege legyen, hol helyezkedjen el és pontosan hogyan mozogjon a másik kettőhöz képest. Itt valójában egy ún. égimechanikai háromtest problémával állunk szemben, amely esetében a rendszer igen érzékeny s a mozgásegyenletek ún. instabil megoldásokat adnak. Vagyis, ha az előbbi paraméterek közül az egyik csak kicsit is eltér a megadottól, a mozgás teljesen máshogyan zajlik le. Következésképpen annak esélye, hogy a Hold földkörüli pályára állhatott, nagyon kicsi, szinte nulla. A pályája is közel kör alakú, s a befogott égitestekre inkább a nagy excentricitású, erősebben elnyújtott ellipszispálya jellemző. ((Numerikus) excentricitás: egy mérőszám, mely megadja, hogy egy ellipszis alakja milyen mértékben tér el a körtől: e = c/a , ahol
        ______
c = \/a² - b²  a gyújtópontok távolsága az ellipszis középpontjától, (másképpen lineáris excentricitás), a a nagy, b pedig a kistengely fele.)

Nem valószínű tehát, hogy a Hold befogott égitest lenne; mai vélemények szerint (Marik, 1989) még sokat emlegetett kémiai összetétele sem ezt sugallja.