Nagyjából 4,5 milliárd évvel ezelőtt bekövetkezett bolygónk történetének legjelentősebb eseménye: egy hatalmas égitest, a Theia ütközött a fiatal Földdel. Hogy pontosan hogyan zajlott le ez az ütközés, és mi történt utána, még nem tudjuk, de az biztos, hogy a Föld mérete, összetétele és pályája is megváltozott, és hogy az ütközés eredményeként született meg állandó kísérőnk, a Hold.
Milyen égitest lehetett az, ami ennyire megváltoztatta bolygónk fejlődésének történetét? Mekkora lehetett a Theia? Milyen volt az összetétele, és a Naprendszer melyik részéről érkezhetett hozzánk? Nem könnyű minderre választ adni, főleg annak fényében, hogy az ütközés során a Theia teljesen megsemmisült. A nyomai ennek ellenére még ma is megtalálhatók, például a Föld és a Hold összetételében. 2025 novemberében a Science folyóiratban közzétett tanulmányukban a Max Planck Naprendszerkutató Intézet (MPS) és a Chicagói Egyetem kutatói arról számolnak be, hogy izotópokat vizsgálva létrehozták a Theia „lehetséges összetevőinek listáját”, és kikövetkeztették a származási helyét.
„Egy égitest összetétele a teljes történelméről tanúskodik, így a származási helyéről is.” – mondta Thorsten Kleine (MPS), a tanulmány társszerzője.
Különösen sokatmondó az, hogy bizonyos fémizotópok milyen arányban vannak jelen egy égitestben. Az izotópok ugyanazoknak az elemeknek a változatai, amelyek csak az atommagjukban lévő neutronok számában – és így a tömegükben is – különböznek egymástól. A korai Naprendszerben egy adott elem izotópjai nem egyenletesen oszlottak el: más arányban fordultak elő a Naprendszer külső szélén, mint a Nap közelében. Az eredeti építőelemekkel kapcsolatos információk így megőrződtek az égitestek izotóp-összetételében.
A kutatók minden eddiginél pontosabban meghatározták a különböző fémizotópok arányát a Földön és a holdkőzetekben. Végül 15 földi kőzetet és 6 olyan holdmintát vizsgáltak meg, amelyeket az Apollo-küldetések űrhajósai hoztak vissza elemzésre. Az eredmények aligha meglepőek: ahogy a króm-, a kalcium-, a titán- és a cirkóniumizotópok arányainak korábbi mérései már kimutatták, a Föld és Hold ebből a szempontból megkülönböztethetetlen.
A nagyfokú hasonlóság azonban nem teheti lehetővé, hogy közvetlen következtetéseket vonjunk le a Theiára vonatkozóan. Egyszerűen túl sok lehetséges ütközési forgatókönyv létezik. Bár a legtöbb modell szerint a Hold szinte kizárólag a Theia anyagából jött létre, az is lehetséges, hogy elsősorban a korai Föld köpenyéből származó anyagból áll, de az is lehet, hogy a Földről és a Theiáról származó kőzetek elválaszthatatlanul összekeveredtek.
A kutatók, hogy még többet tudjanak meg a Theiáról, egyfajta visszafejtési technikát alkalmaztak az égitesteken. A mai földi és holdi kőzetek azonos izotóparányai alapján kiszámították, hogy milyen összetételű és méretű Theia, valamint milyen összetételű korai Föld vezethetett a ma ismert állapothoz.
Nem csak a vasizotópokat vizsgálták, hanem a króm-, a molibdén- és a cirkónium-izotópokat is. „Ezek az elemek különböző arányban oszlanak el a bolygók köpenyében. Ez az oka annak, hogy az arany olyan ritka és értékes.” – magyarázza Nicolas Dauphas, a Chicagói Egyetem és a Hongkongi Egyetem kutatója. „Hozzáférést adnak a bolygókeletkezés különböző fázisaihoz.” – teszi hozzá.
Jóval a Theiával történt pusztító ütközés előtt egy szelekciós folyamat ment végbe a korai Föld belsejében. A vastartalmú mag kialakulásakor bizonyos elemek – például a vas és a molibdén – ott halmozódtak fel, így ezek később nagyrészt hiányoztak a kőzetköpenyből. A Föld köpenyében ma megtalálható vas tehát csak a mag kialakulása után érkezhetett ide, például a Theiával. Más elemek, mint például a cirkónium, amelyek nem süllyedtek a magba, bolygónk keletkezésének teljes történetét dokumentálják.
A számítások alapján többféle matematikailag lehetséges összetétel adódik a Theiára és a korai Földre. Ezek közül azonban néhányat a valószínűtlenségük miatt ki lehet zárni.
„A legmeggyőzőbb forgatókönyv az, hogy a Föld és a Theia építőköveinek többsége a belső Naprendszerből származott. A Föld és Theia feltehetően szomszédok voltak.” mondja Timo Hopp, az MPS kutatója, a tanulmány vezető szerzője.
Míg a korai Föld összetétele nagyrészt a már ismert meteorit-típusok keverékeként írható le, a Theia esetében más a helyzet. A különböző meteorit-osztályok a külső Naprendszer más-más tartományaiban keletkeztek. Emiatt szolgálnak referenciaként ahhoz, hogy milyen építőanyag állt rendelkezésre a korai Föld és a Theia kialakulásakor. A Theia esetében azonban egy korábban ismeretlen anyag is szerepet játszhatott. A kutatók szerint ez az anyag olyan területről származhatott, amely közelebb volt a Naphoz, mint a Föld. A számítások tehát azt sugallják, hogy a Theia a Nap közelében alakulhatott ki, a földpályán belül.
Forrás: https://www.mps.mpg.de/theia-and-earth-were-neighbors
Az eredményekről beszámoló szakcikk: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0623
A borítókép Hagai Perets munkája.
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet