В течение десятилетий ученые размышляли над тем, как у Земли появился ее единственный спутник – Луна. И почему только один? Некоторые утверждают, что Луна образовалась из материала, потерянного Землей под действием центробежной силы, или она была захвачена земным притяжением, но наиболее широко распространена теория, согласно которой Луна образовалась примерно 4,5 млрд. лет назад, когда объект размером с Марс (названный Тейя) столкнулся с прото-Землей (гипотеза гигантского столкновения).
Однако, поскольку прото-Земля испытала множество гигантских столкновений, предполагается, что со временем на ее орбите наверняка крутилось несколько лун. Возникает вопрос, что же произошло с ними? Поднимая этот вопрос, международная группа ученых провела исследование, в котором предположила, что эти “луны” могли сойти с орбиты и в конце концов врезаться в Землю, оставив после себя только ту, которую мы видим сегодня.
Работа, озаглавленная “Лунопады: столкновения между Землей и ее древними лунами”, недавно появилась в Интернете и в настоящее время рассматривается для публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Исследование проводилось под руководством Ури Маламуда, доктора наук из Израильского технологического института “Технион”, при участии сотрудников Тюбингенского университета (Германия) и Венского университета.
В рамках своего исследования доктор Маламуд и его коллеги изучили, что произошло бы, если бы Земля в своей самой ранней форме испытала несколько гигантских столкновений, предшествовавших столкновению с Тейей. Каждый из этих ударов мог бы сформировать “лунет” с сублунной массой, который гравитационно взаимодействовал бы с прото-Землей, а также со всеми возможными ранее сформировавшимися лунами.
В конечном итоге это привело бы к слиянию лунетов, покиданию ими орбиты Земли или падению на Землю. В итоге доктор Маламуд и его коллеги решили исследовать последний вариант, поскольку ранее он не изучался учеными. Более того, такая возможность может кардинально повлиять на геологическую историю и эволюцию нашей планеты. Как сообщил Маламуд:
“Согласно современным представлениям о формировании планет, поздние стадии роста земных планет проходили через множество гигантских столкновений между планетарными зародышами. В результате таких столкновений образуются значительные диски обломков, которые, в свою очередь, могут превратиться в луны. Как мы предполагали и подчеркивали в этой и предыдущих работах, учитывая скорость таких столкновений и эволюцию лун, существование множества лун и их взаимодействие между собой приведет к лунопадам. Это неотъемлемая, неизбежная часть современной теории образования планет”.
Однако, поскольку Земля – геологически активная планета, а плотная атмосфера приводит к естественному выветриванию и эрозии, ее поверхность со временем сильно меняется. Поэтому всегда трудно определить последствия событий, происходивших в самые ранние периоды существования Земли, т.е. в эон Катархей, который начался 4,6 млрд. лет назад с образования Земли и закончился 4 млрд. лет назад.
Чтобы проверить, могли ли во время этого эона произойти многочисленные столкновения, в результате которых образовались луны, упавшие на Землю, специалисты провели серию гидродинамических симуляций с гладкими частицами (SPH). При этом рассматривались различные варианты масс лун, углов столкновений и начальных скоростей вращения прото-Земли. В принципе, если бы луны действительно падали на Землю в прошлом, то это изменило бы скорость вращения прото-Земли, в результате чего ее нынешний период бокового вращения составил бы 23 часа, 56 минут и 4,1 секунды.
В конце концов, они обнаружили доказательства того, что, хотя прямые удары крупных объектов маловероятны, ряд приливных столкновений мог иметь место. В результате этих столкновений материал и обломки были бы выброшены в атмосферу и образовали бы небольшие лунные шарики, которые затем взаимодействовали бы друг с другом. Как пояснил Маламуд:
“Наши результаты показывают, что в случае падения луны распределение ее материала на Земле не было бы равномерным, и поэтому такие столкновения могли привести к асимметрии и неоднородности состава. Как мы обсуждаем в статье, для последнего есть реальные подтверждения – падение луны может потенциально объяснить изотопные неоднородности по высокосидерофильным элементам в земных породах. В принципе, столкновения с луной также могли привести к образованию крупномасштабных структур на Земле, и мы предположили, что такой эффект мог способствовать формированию самого раннего суперконтинента на нашей планете. Однако этот аспект носит скорее умозрительный характер, и его трудно подтвердить напрямую, учитывая геологическую эволюцию Земли с тех ранних времен”.
В любом случае, данное исследование эффективно расширяет широко распространенную в настоящее время гипотезу гигантского столкновения. Согласно этой теории, наша Луна сформировалась в первые 10-100 млн. лет существования Солнечной системы, когда земные планеты еще только формировались. Считается, что на последних этапах этого периода планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс) росли в основном за счет столкновений с крупными планетарными зародышами.
Считается, что с тех пор Луна эволюционировала под действием взаимных земных и лунных приливов, мигрируя от Земли и занимая свое нынешнее местоположение, где она и находится с тех пор. Однако в этой парадигме не учитываются воздействия, имевшие место до прибытия Тейи и формирования единственного спутника Земли. В результате, как утверждают д-р Маламуд и его коллеги, это не вписывается в более широкую картину формирования планет земного типа.
Учитывая возможные столкновения, предшествующие образованию Луны, по их мнению, позволит ученым получить более полное представление о том, как Земля и Луна развивались во времени. Такие выводы могут иметь значение и для изучения других планет и лун Солнечной системы. Как отметил д-р Маламуд, уже существуют убедительные доказательства того, что крупномасштабные столкновения повлияли на эволюцию планет и лун.
“На других планетах мы видим свидетельства очень крупных столкновений, которые привели к появлению топографических особенностей планетарного масштаба, таких как так называемая дихотомия Марса и, возможно, дихотомия поверхности Харона”, – сказал он. Они должны были возникнуть в результате крупномасштабных ударов, но достаточно малых, чтобы образовать субглобальные особенности планеты. Лунопады являются естественными предшественниками таких ударов, но нельзя исключать и других крупных ударов астероидов, которые могли бы привести к подобным эффектам”.
Существует также вероятность того, что такие столкновения могут произойти в далеком будущем. Согласно современным оценкам миграции, луна Марса Фобос в конце концов врежется в поверхность планеты. Хотя это столкновение и незначительно по сравнению с ударами, в результате которых вокруг Земли образовались бы лунеты и Луна, оно будет прямым доказательством того, что падения лун происходили в прошлом и будут происходить в будущем.
Одним словом, история ранней Солнечной системы была бурной и катаклизмической, и большая часть ее образовалась в результате мощных столкновений. Имея более полное представление о том, как эти столкновения повлияли на эволюцию земных планет, мы можем получить новое представление о том, как формировались планеты, несущие жизнь. Это, в свою очередь, может помочь нам в поиске таких планет за пределами Солнечной системы.
Читайте также: Луна Юпитера Каллисто содержит гораздо больше кислорода, чем ожидалось