Hoe de Maankraters Zich Vormden: Vulkaan versus Meteoroïden

De maan, onze naaste buur in het zonnestelsel, heeft altijd de verbeelding van de mens geprikkeld. Haar oppervlak, bedekt met diepe kraters en uitgestrekte zeeën, wordt al eeuwenlang bestudeerd. Toch zijn de vraag naar de oorsprong van de kraters en de mysterieuze aanwezigheid van waterijs op de maan pas recent in de wetenschappelijke discussie opgenomen. De ontdekking van ijs, dat zich voornamelijk in de permanent schaduwrijke kraters bevindt, heeft geleid tot nieuwe theorieën over het ontstaan van dit fenomeen. Dit heeft de nieuwsgierigheid verder aangewakkerd en de vraag opgeroepen: hoe ontstonden de kraters op de maan, en wat is de oorsprong van het waterijs dat daar aanwezig is?

De vraag naar de oorsprong van de maankraters is echter even intrigerend. Al in de 17e eeuw begon men te speculeren over de vormen van de kraters. Galileo, de beroemde astronoom, was in 1609 de eerste die via een telescoop de maankraters zag en deze vergeleek met de ogen op de veren van een pauw. Dit leidde tot het idee dat de kraters misschien gevormd zouden zijn door vulkanisme, een theorie die Robert Hooke in 1665 naar voren bracht. Hooke, die de bubbels in verwarmd alabasterpoeder bestudeerde, zag een overeenkomst tussen de gevormde structuren en de maankraters. Echter, de vulkanische theorie werd uiteindelijk verworpen, omdat het moeilijk te geloven was dat zulke grote kraters door vulkanisme zouden zijn ontstaan, vooral gezien de lagere zwaartekracht op de maan.

Uiteindelijk bleek uit gedetailleerde studies dat de kraters op de maan inderdaad voornamelijk ontstaan zijn door meteoroïdeninslagen, ondanks de vroegere bezwaren. Dit werd in de jaren na de Eerste Wereldoorlog duidelijker, toen onderzoekers ontdekten dat de kraters op de maan meer leken op explosiekraters dan op gaten die door kogels werden geschoten. De vergelijking werd treffend gemaakt door de Nieuw-Zeelandse astronoom Charles Algernon Gifford, die de overeenkomst tussen de maankraters en de explosiekraters van bommen beschreef. Deze ontdekking markeerde een belangrijk keerpunt in het begrip van de maan en haar geologische geschiedenis.

Het is belangrijk te beseffen dat de geschiedenis van de maan niet alleen een verhaal is van kraters en ijs, maar dat deze inzichten ons begrip van de vroege geschiedenis van het zonnestelsel kunnen revolutioneren. De maan, als een bewaarder van het verleden, biedt ons een unieke kans om de geologische processen die ook op andere planeten hebben plaatsgevonden, te begrijpen. Dit kan ons niet alleen helpen bij het verklaren van de maankraters, maar ook bij het ontrafelen van de mysteries van de oorsprong van de aarde zelf. De ontdekking van waterijs is niet zomaar een bijkomstigheid, maar een aanwijzing voor de complexe en dynamische geschiedenis van de maan, die waarschijnlijk een veel grotere rol speelde in de vorming van het zonnestelsel dan eerder werd gedacht.

Hoe het zonnestelsel werd gevormd: Van moleculaire wolken tot de zon

De draaiende wolk van gas en stof, waaruit de planeten zich vormden, vond haar symmetrie in dezelfde oorzaak die ook de spiraalvorm van de Melkweg zelf verklaart: de symmetrie van materie in rotatie. Het samenkomen van materie, dat op grotere schaal werd gerealiseerd in de sterrengloed van de Melkweg, speelde zich nu op kleinere schaal af in de vorming van het zonnestelsel. De stofdeeltjes in de draaikolken klonterden samen om objecten ter grootte van de maan te vormen, waaruit de stoffige zaadjes zouden voortkomen die uiteindelijk zouden leiden tot leven en hersenen.

Het idee dat de zon en de planeten ontstonden uit koude interstellaire moleculaire wolken, bekend als Bok globules, werd lange tijd slechts gegist, maar is nu goed bevestigd. Deze objecten werden eerst vastgelegd in de schitterende panoramafoto's van de Melkweg, gemaakt door de grote Amerikaanse astronoom Edward Emerson Barnard aan het begin van de twintigste eeuw, en later definitief bestudeerd door de in Nederland geboren astronoom Bart Bok. Bok zelf vond dat ze beter 'Barnard 1 globules' genoemd hadden moeten worden, maar het zijn dus deze Bok globules, die zeer koud zijn, met typische temperaturen rond de 10°K (10 graden boven het absolute nulpunt), en dichtheden van duizenden moleculen per kubieke centimeter. In grootte zijn ze meestal enkele duizenden keren groter dan de omvang van de aardbaan om de zon.

Wanneer een donkere wolk dicht genoeg is, of wanneer deze plotseling wordt samengedrukt door passage door de stoffige spiraalarmen van de Melkweg of door de explosie van een supernova die puin uit een ster in de nabijheid slingert, begint ze zich zwaartekrachtgedreven samen te trekken. In eerste instantie wordt deze samentrekking tegengewerkt door de aanwezigheid van magnetische velden, maar na verloop van tijd 'leiden' deze velden uit de wolk, en zodra dit stadium is bereikt, begint de samentrekking echt.

In het geval van de zon suggereerden recente resultaten van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, met haar geavanceerde sterrenkaart ruimteschip Gaia, dat de vorming van de zon mogelijk werd getriggerd door een passage van haar satelliet, de dwerg van Sagittarius. De botsingen van Sagittarius met de Melkweg vallen samen met pieken in stervorming en vonden 5 of 6 miljard jaar geleden, 2 miljard jaar geleden en 1 miljard jaar geleden plaats, waarvan de eerste overeenkomt met de tijd van de vorming van de zon.

Gedurende de vroege fasen van stervorming wordt zwaartekrachtsenergie omgezet in warmte door de wrijving van invalsdeeltjes van stof die met elkaar botsen. Omdat de temperatuur en dichtheid van de wolk echter laag zijn, blijft de wolk transparant voor straling, die gewoon ontsnapt naar de koude ruimte in plaats van de wolk op te warmen. Hierdoor wordt de samentrekking in deze fase 'isotherm' genoemd, dat wil zeggen, zonder temperatuurverandering. In dit stadium ondergaat de wolk fragmentatie in honderden subwolken, protoplasten, waarvan elke ster groot genoeg is om zichzelf verder samen te trekken.

Terwijl de wolk steeds dichter wordt, bereikt ze uiteindelijk een punt waarop ze ondoorzichtig wordt voor straling. De gravitatie-energie die vrijkomt door de voortdurende samentrekking, begint nu de baarmoederachtige binnenkant van de wolk snel op te warmen. Dit veroorzaakt een opbouw van gasdruk die verdere samentrekking tegengaat. Het tegenovergestelde van de krachten - de zwaartekracht naar binnen en de gasdruk naar buiten - leidt tot een delicate balans. De zwaartekracht van de ineenstorting komt in een precieze balans met de warmte-energie van de expansie. Vanaf dit moment blijft de ster, een van de elegantste structuren in de natuur, zichzelf in stand houden gedurende miljoenen jaren (voor de meest massieve sterren) of miljarden jaren (zoals in het geval van de zon).

Zonder deze kernfusie zou een ster niet in staat zijn miljoenen jaren te stralen. De fusie van waterstof in helium speelt een cruciale rol in het langdurig behouden van de energieproductie van sterren, en maakt de zon tot een stabiele energiebron die de basis vormt voor het leven op aarde. Bovendien opent dit de deur naar het begrijpen van het ontstaan van andere sterrenstelsels, de processen van sterrenclusters en de interactie van sterren met hun omgeving.