Kuun synty ja vaikutus maapalloon

Kuu kameran taltioimana (Pertti Rautiainen).

Lauantaina 20.7. tulee kuluneeksi 50 vuotta siitä, kun ihminen ensimmäisen kerran laskeutui Kuun pinnalle. Mutta miten Maan uskollinen seuralainen on syntynyt ja mikä on sen vaikutus maapalloon ja sen elämään?

Nykyisin suosituimman käsityksen mukaan Kuu syntyi noin 4,5 miljardia vuotta sitten, kun suunnilleen Marsin kokoinen kappale, jolle on annettu nimi Theia, törmäsi alkumaapalloon. Törmäyksen jälkeen Maata ympäröi räjähdyksessä singonneesta materiasta muodostunut kiekko, josta syntyi vähitellen Kuu. Tämä malli selittää useita Maan ja Kuun yhteneväisyyksiä ja eroja, esimerkiksi sen, että vaikka Maan ja Kuun kivien isotooppikoostumus on samanlainen, niin Kuun keskitiheys on paljon alhaisempi kuin Maan. Yksinkertaistetusti Kuu syntyi lähinnä Theian ja Maan vaipoista, Maan raskaimmat alkuaineet olivat jo suurelta osin päätyneet ytimeen. 

Kuun vaikutuksista Maahan tutuin ovat vuorovedet: vuoksiaalto nousee kahdesti vuorokaudessa. Tämä tapahtuu paitsi samalla puolella Maata kuin Kuu, niin myös vastakkaisella puolella. Kuu on meitä niin lähellä, että sen aiheuttaman vetovoiman suuruus eroaa merkittävästi Maan eri osissa: Kuuta lähempänä olevassa osassa vetovoiman aiheuttama kiihtyvyys kohti Kuuta on suurempi kuin maapallon keskipisteen kohdalla, toisaalta vastakkaisella puolella se on taas vähäisempi kuin Maan keskipisteessä. Jos Kuun aiheuttamasta kiihtyvyydestä kussakin Maan pinnan pisteessä poistetaan Kuun aiheuttama kiihtyvyys Maan keskipisteessä, niin jäljelle jää vain vuorovesivoiman aiheuttama kiihtyvyys (kts. oheinen kuva).

Kaavakuva vuorovesivoiman aiheuttamasta kiihtyvyydestä. Vedenpinta nousee paitsi Kuun puoleisessa osassa maapalloa, niin myös vastakkaisella puolella (Pertti Rautiainen).

Vuorovesillä on voinut olla ratkaiseva vaikutus siihen, että elämä siirtyi merestä maalle: rannikon vuorovesivyöhykkeessä elävät kasvit ja eläimet jäivät kahdesti vuorokaudessa kuiville, mikä edisti erilaisten selviytymismekanismien kehitystä päätyen lopulta siirtymään pois merestä. Voisiko muuten Maan kaltaisella planeetalla, jolta puuttuu massiivinen seuralainen, tapahtua vastaava siirros? Toki Auringon vetovoimaankin liittyy vuorovesivoima, mutta Auringon suuremmasta etäisyydestä johtuen sen voimakkuus on paljon pienempi.

Varhaisvaiheessa Kuu kiersi Maata paljon nykyistä lähempänä ja Kuun nostattamat vuorovesivoimat olivat paljon nykyistä voimakkaampia. Niiden ansiosta Kuun pyörimis- ja kiertoajat ovat lukkiutuneet, Kuu kääntää meihin aina saman puoliskonsa. 

Maan pyörimisen johdosta vuorovesiaalto edistää verrattuna Kuun sijaintiin. Wikimedia Commons: AndrewBuck CC BY-SA 3.0

Maan pyörimisen ansiosta vuoksiaalto edistää verrattuna Kuun sijaintiin (kts. kuva), tämä jarruttaa Maan pyörimistä ja samalla Kuu etääntyy Maasta. Fysiikan kielellä Maan pyörimiseen liittyvää liikemäärämomenttia siirtyy Kuun rataliikkeeseen. Nykyään Kuu etääntyy Maasta keskimäärin 3,8 cm vuodessa. Tämä on mitattu lähettämällä lasersäteitä astronauttien Kuuhun asentamiin peileihin. 

Kuun vetovoimalla on voinut olla vuorovesivyöhykkeen ohella toinenkin ratkaiseva vaikutus Maan elämään, sillä se stabilisoi Maan akselikallistuman (suhteessa Maan ratatasoon) vaihtelut melko kapealle välille, noin 22 - 24,5 astetta. Tätä suurempi akselikallistuman arvo tarkoittaisi nykyistä isompaa eroa vuodenaikojen välillä, millä olisi mahdollisesti epäsuotuinen vaikutus elämän kehitykseen. Suuret muutokset akselikallistuman arvossa ylipäänsä puolestaan muuttaisivat rajusti ilmastoa.

On myös esitetty, että ilman Kuuta Maassa ei esiintyisi laattatektoniikkaa, ts. kuuttomana planeetallamme ei olisi lainkaan mantereita. Laattatektoniikalla on myös monenlaisia vaikutuksia maapallon ilmakehään ja ilmastoon, joten sitäkin kautta massiivinen Kuu voi olla olemassaolomme kannalta välttämätön. Vaikka tiedämme Linnunradassa olevan paljon muita tähtiä kiertäviä eksoplaneettoja, niin kuinka monella on vastaava kiertolainen kuin meillä? 

Kuu onkin keskeisessä roolissa ns. harvinaisen maan hypoteesissa, jonka esittäjät Peter Ward ja Donald E. Brownlee ovat väittäneet monimutkaisen elämän synnyn olevan hyvin poikkeuksellinen tapahtuma. Riippumatta siitä, ovatko he oikeassa, kiertolaisemme on joka tapauksessa kiehtova ja vaikuttava taivaankappale.

Lähteitä

Karttunen et al., Tähtitieteen perusteet
Ward, P. & Brownlee, D.E., Rare Earth
Whitehouse, D., Kuun elämäkerta
Kuuta ja Milankovichin syklejä käsittelevät englanninkieliset Wikipedia-artikkelit