Широко распространена теория о том, что Луна образовалась в результате столкновения Земли с объектом размером с Марс, однако новое исследование выявило некоторые нестыковки.
Новая работа ставит под сомнение общепринятую гипотезу о том, что Луна возникла из материала, выброшенного в космос после столкновения прото-Земли с объектом, известным как Тейя. Ранее эта гипотеза была лишь одной из многих, объясняющих наличие у Земли такого крупного спутника, но сейчас она настолько доминирует, что многие планетологи принимают ее как данность. Тем не менее, сравнение состава двух небесных тел ставит эту теорию под сомнение и предполагает, что Луна может быть того же возраста, что и Земля, а не на несколько сотен миллионов лет моложе.
По мере изучения Солнечной системы взаимосвязь Земли и Луны выделялась на фоне других планет и требовала объяснения. У самой похожей на Землю планеты вообще нет спутника (если не считать крошечный Фобос), а крошечные марсианские луны едва ли могут сравниться с нашей. Внешняя часть Солнечной системы богата крупными спутниками, но они вращаются вокруг планет, намного превышающих Землю по размеру, поэтому их спутники кажутся крошечными. Наличие спутника, столь близкого к Земле по размеру, — это исключительное явление, особенно если не считать Плутон планетой.
Этот вопрос считается важным, поскольку есть веские основания полагать, что без такого большого спутника, как наш, Земля была бы непригодна для жизни, по крайней мере, для сложных форм жизни на суше. Если только планеты с гигантскими лунами могут порождать цивилизации, нам лучше знать, как мы приобрели такую луну и каковы шансы у других планет.
Если Луна действительно образовалась в результате мощного столкновения, можно было бы ожидать, что изотопный состав ее вещества будет похож на состав земной коры, но не совсем идентичен. Предположительно, Тейя сформировалась в другой части Солнечной системы и поэтому содержала больше одних изотопов и меньше других по сравнению с Землей. И Земля, и Луна унаследовали бы часть этого «неземного» материала, но не в равных пропорциях, что сделало бы их состав немного разным.
Согласно профессору Паоло Сосси из ETH Zurich и его соавторам, состав двух тел подозрительно схож, за исключением элементов, отсутствие которых на Луне имеет другое объяснение. В частности, соотношение изотопов кислорода, хрома и титана в образцах лунного грунта такое же, как и в земной мантии.
Одно существенное различие между двумя мирами заключается в том, что Луна содержит гораздо меньше железа (7,5% по весу по сравнению с 33%). Планетологи пытались объяснить это сочетание сходств и различий в контексте гипотезы Тейи, но авторы утверждают, что каждая предлагаемая модель противоречит как минимум одному из полученных нами результатов измерений.
Авторы сравнили содержание 70 элементов в лунных породах с их присутствием в земной мантии и коре. Они обнаружили недостаток элементов, которые легче переходят в газообразное состояние, чем литий. Это указывает на то, что Луна образовалась из того же материала, что и Земля, утверждают они, но ее меньшая гравитация означала, что определенные элементы в основном улетучились. Те элементы, для испарения которых требуются температуры выше 1130°C, остались в примерно одинаковых количествах.
В этом сценарии и на Земле, и на Луне некоторые элементы опускались к ядру, истощая мантию и кору. Ядро Луны, диаметром около 600 километров, настолько меньше земного, что эта разница объясняет некоторые другие вариации, которые мы наблюдаем.
Один из способов объяснить сходство Земли и Луны — это предположить, что Тейя настолько сильно разрушила Землю, что все перемешалось, и оба тела получили одинаковые пропорции каждого элемента. Однако это не согласуется с нашим пониманием того, что происходит, когда объект размером с планету сталкивается с чем-то в десять раз больше его размера.
Альтернатива Сосси состоит в том, что Луна и Земля сформировались независимо, но из материала, находящегося на одинаковом расстоянии от Солнца. Неясно, как это могло произойти, поскольку их исходный материал должен был быть очень похожим. Если бы Луна была захваченным объектом, образовавшимся ближе или дальше от Солнца, ее состав должен был бы сильно отличаться.
Какими бы интересными ни были представленные доказательства, они не объясняют факторы, которые привели к популярности гипотезы Тейи. К ним относятся высокая угловая скорость системы, что ожидаемо, если бы Тейя нанесла мощный удар, и то, насколько близки плоскости орбиты Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца друг к другу. Работа также не рассматривает другие доказательства, интерпретируемые как подтверждающие Тейю, или аномалии в земной коре.
Альтернативы гипотезе Тейи появляются время от времени, например, одна из них утверждала, что кольцо материала, из которого образовалась Луна, возникло в результате множества более мелких ударов. Пока ни одна из них не убедила подавляющее большинство ученых, занимающихся изучением Луны.
Когда люди организуют более длительное присутствие на нашем спутнике, одним из первых дел будет более глубокое изучение его недр, чем это было возможно во время миссий «Аполлон». Это сможет дать ответы на вопросы, поднятые Сосси и его соавторами, или подтвердить их подозрения.
Исследование будет опубликовано в журнале «Трактат по геохимии» , а препринт доступен на сайте ArXiv.org.
Читайте также: Захваченная и уничтоженная луна развернула вращение Венеры, изменив ее навсегда
