✨Giả thuyết vụ va chạm lớn

nhỏ|400 px|Mô tả về vụ va chạm giả định rằng đã hình thành nên Mặt Trăng Giả thuyết vụ va chạm lớn, đôi khi được gọi là Big Splash, hay Theia Impact là một giả thuyết cho rằng Mặt Trăng được tạo ra từ các mảnh vỡ để lại sau vụ va chạm giữa Trái Đất lúc trẻ với một thiên thể kích cỡ Sao Hỏa. Vụ va chạm xảy ra vào cỡ khoảng 4,5 Ga BP (tỷ năm trước đây), và ở khoảng 20 đến 100 triệu năm sau khi Hệ Mặt Trời ra đời. Thiên thể va chạm được đặt tên là Theia (hay Euryphaessa), một Titan trong thần thoại Hy Lạp và là mẹ của Selene, nữ thần Mặt Trăng.. Lõi sắt của Theia chìm vào lõi Trái Đất trẻ, và hầu hết lớp phủ của Theia cùng một phần lớp phủ và vỏ Trái Đất bị bắn tung lên quỹ đạo. Những vật liệu này nhanh chóng ngưng kết lại tạo thành Mặt Trăng (có thể nhiều hơn một tháng nhưng chưa tới một thế kỉ). Theo ước tính dựa trên mô hình giả lập máy tính, khoảng 2% khối lượng ban đầu của Theia trở thành đĩa vật chất, và khoảng một nửa số vật chất này ngưng kết tạo thành Mặt Trăng. Trái Đất đã nhận một lượng đáng kể mômen động lượng và khối lượng từ vụ va chạm lớn như thế. Chưa kể đến độ nghiêng và sự quay của Trái Đất trước vụ va chạm, mất khoảng hơn một ngày và năm giờ để đường xích đạo Trái Đất dịch chuyển gần hơn đến mặt phẳng quỹ đạo Mặt Trăng.

Các vật thể đáng kể khác được cho là đã được tạo thành bởi vụ va chạm, và vẫn còn lại trên quỹ đạo giữa Mặt Trăng và Trái Đất, bị kẹt giữa các điểm Lagrange. Các vật thể như thế có thể đã tồn tại cùng hệ Mặt Trăng - Trái Đất cho đến khi lực kéo trọng trường của các hành tinh khác làm mất ổn định hệ đủ để giải phóng các vật thể này.

Bằng chứng

phải|nhỏ|Hình động minh họa của Theia hình thành ở điểm L₅ và sau đó va chạm. Quá trình được diễn tả trong vòng 1 năm (trước va chạm), làm [[Trái Đất hầu như không chuyển động. Nhìn từ cực Nam.]] Bằng chứng gián tiếp của kịch bản va chạm này đến từ các loại đá được thu thập trong các cuộc hạ cánh xuống Mặt Trăng của chương trình Apollo, cho thấy tỷ lệ đồng vị oxy giống với Trái Đất. Thành phần khoáng vật giàu anorthosit của lớp vỏ Mặt Trăng, cũng như sự tồn tại của các mẫu giàu KREEP, đã dẫn đến ý tưởng rằng một phần lớn của Mặt Trăng từng nóng chảy, và một cú va chạm lớn có thể dễ dàng cung cấp năng lượng để hình thành một đại dương macma như thế. Một vài bằng chứng cho thấy rằng nếu Mặt Trăng có lõi giàu sắt, nó phải nhỏ. Trong đó mật độ trung bình, momen quán tính, dấu hiệu của sự tự quay, và cảm ứng từ đều cho thấy bán kính lõi của nó nhỏ hơn 25% bán kính Mặt Trăng, trái với mức khoảng 50% của hầu hết các thiên thể khác. Điều kiện va chạm được cho là đã tạo thành một Mặt Trăng cấu tạo từ hầu hết lớp phủ của Trái Đất và thiên thể va chạm, với lõi của thiên thể sáp nhập với lõi Trái Đất, đã thoả mãn các ràng buộc momen động lượng của hệ Mặt Trăng-Trái Đất.

Bụi khí ấm và giàu khí SiO, sản phẩm của vụ va chạm với vận tốc cao (>10 km/s) giữa hai thiên thể cấu tạo từ đá đã được phát hiện ở gần (khoảng 29 parsec) ngôi sao trẻ HD 172555 (khoảng 12 triệu năm tuổi) bởi Kính viễn vọng không gian Spitzer. Một vành đai bụi khí ấm thuộc khu vực giữa khoảng 0,25 AU và 2 AU của ngôi sao trẻ HD 23514 ở chòm Tua Rua giống như trên đã dự đoán được kết quả vụ va chạm giữa Theia và Trái Đất trẻ, và được coi như là kết quả của các thiên thể kích thước hành tinh va chạm với nhau, tương tự như với một vành đai bụi khí khác phát hiên xung quanh ngôi sao BD +20°307 (hay HIP 8920 hoặc SAO 75016).

Khó khăn gặp phải

Giả thuyết về nguồn gốc Mặt Trăng này vẫn gặp phải những khó khăn chưa thể giải quyết được, bao gồm:

• Tỉ lệ đồng vị chất dễ bay hơi không được giải thích trong thuyết vụ va chạm. Nếu giả thuyết trên là đúng, có thể là do nguyên nhân khác.
• Không có bằng chứng nào chứng tỏ rằng Trái Đất từng có một đại dương macma (như kết quả của giả thuyết), và có lẽ không tại vật chất mà chưa bao giờ được tạo nên bởi một đại dương macma.
• Lượng oxit sắt (FeO) mà Mặt Trăng chứa chỉ khoảng 13%, ở mức trung bình giữa Sao Hỏa (18%) và lớp phủ Trái Đất (8%), đã bác bỏ lời giải thích hầu hết vật chất của tiền Mặt Trăng đến từ lớp phủ Trái Đất.
• Nếu phần lớn vật chất của tiền Mặt Trăng có nguồn gốc từ thiên thể va chạm thì Mặt Trăng sẽ giàu nguyên tố ưa sắt, trong khi thực chất Mặt Trăng lại hiếm các nguyên tố này.
• Sự hiện diện của chất dễ bay hơi như nước ở lớp đá bazan khó giải thích hơn nữa nếu vụ va chạm gây nên sức nóng cực độ.
• Tỉ lệ đồng vị phóng xạ oxy của Mặt Trăng giống hệt như của Trái Đất. Tỉ lệ đồng vị phóng xạ, có thể được đo chính xác, sẽ cho thấy những đặc tính độc nhất và riêng biệt ở mỗi thiên thể. Nếu Theia là một tiền hành tinh riêng biệt, nó sẽ có đặc tính về đồng vị oxy khác với Trái Đất, cũng như vật chất trộn lẫn bắn ra sau cú va chạm.

Giả thuyết khác

Các cơ chế khác nhiều lần cho rằng Mặt Trăng đã bị kéo ra khỏi bề mặt Trải Đất nóng chảy bởi lực ly tâm, hình thành ở một nơi nào đó và cuối cùng bị trọng trường Trái Đất giữ lại, hay Mặt Trăng hình thành tại cùng một thời điểm và cùng nơi với Trái Đất trên cùng một đĩa bồi tụ. Mỗi giả thuyết này lại thiếu đi cơ chế giải thích cho mômen động lượng lớn của hệ Mặt Trăng-Trái Đất.