Новый взгляд на образование Луны

В первые 150 млн. лет после образования нашей Солнечной системы гигантское тело размером примерно с Марс столкнулось и слилось с Землей, выбросив в пространстве огромное облако скальных обломков и других материалов. Это облако в конечном итоге сжалось и образовало Луну.

В течение почти 30 лет астрономы были весьма довольны этим объяснением с одним исключением. Хотя этот сценарий имеет смысл, когда мы смотрим на размер Луны и физику ее орбиты вокруг Земли, он начинает немного шататься, если сравнить их изотопные составы – геологический эквивалент ДНК. В частности, Земля и Луна по этому признаку уж слишком похожи.

Уже давно предполагалось, что Луна должна нести изотопные "отпечатки пальцев" инородного небесного тела, которое ученые назвали Тейя. Поскольку Тейя пришла из других солнечных систем, она, вероятно, сильно отличалась по своему изотопному составу от ранней Земли.

Теперь группа ученых из Университета штата Мэриленд создала новый изотопный отпечаток Луны, который мог бы обеспечить недостающую часть головоломки. Сосредоточившись на изотопе вольфрама, который присутствует на обоих планетах, команда UMD первая примирила существующую модель формирования Луны с неожиданно подобным их изотопным составом. Результаты показывают, что воздействие Тейя на раннюю Землю было таким сильным, что образованные облака космического мусора тщательно перемешались перед тем как они сжались и сформировали Луну.

«Проблема в том, что Земля и Луна очень похожи по своему изотопному составу, предполагающему, что они обе, в конечном счете, сформировались из того же материала, который имелся в начале истории Солнечной системы, - сказал Ричард Уокер (Richard Walker), проф. геологии в UMD и соавтор исследования. - Это удивительно, потому что тело размером с Марс, которое создало Луну, как ожидалось, должно быть другим по составу изотопов. Так загадка в том, что Земля и Луна не должны быть так похожи, как наблюдается».

Чтобы объяснить подобное сходство Земли и Луны, на протяжении многих лет существовали несколько различных теорий. Возможно, столкновение создало огромное облако обломков, которые тщательно смешались с Землей, а позже уплотнились и образовали Луну. Или Тейя случайно могла быть похожа на молодую Землю по составу изотопов. Третья возможность заключалась в том, что Луна сформировалась из материалов Земли, а не Тейи, хотя это был бы очень необычный тип столкновения.

Для выбора объяснения, проф. Уокер и его команда рассмотрела другое хорошо документированное явление в ранней истории Солнечной системы. Данные показывают, что и Земля, и Луна захватили дополнительный материал после главного столкновения, и что Земля собрала больше этого мусора и пыли. Этот новый материал содержал много вольфрама, но относительно небольшая его часть составляла более легкий изотоп, известный как вольфрам-182. Объединяя эти два наблюдения вместе, можно было бы ожидать, что на Земле будет меньше вольфрама-182, чем на Луне.

Действительно, при сравнении скальных пород Луны и Земли, проф. Уокер и его команда обнаружили, что Луна имеет немного более высокую пропорцию вольфрама-182. Вопрос, однако, был в том, насколько.

«Небольшая, но важная разница в изотопном составе вольфрама между Землей и Луной прекрасно соответствует различному количеству материала, собранного Землей и Луной после столкновения, - говорит проф. Уолкер. - Это означает, что сразу после формирования Луны, она имела точно такой же изотопный состав, как мантия Земли».

Этот вывод подтверждает идею, что масса материала, созданная в результате столкновения и впоследствии образовавшая Луну, должна была тщательно перемешаться, прежде чем сжаться, охладиться и образовать Луну. Это могло бы объяснить как схожесть в изотопном составе, так и небольшие различия в вольфраме-182.

Это также в значительной степени исключает идею, что тело размером с Марс имело подобный с Землей состав, или что Луна сформировалась из материалов, содержащихся в Земле перед столкновением. В обоих случаях было бы крайне маловероятно увидеть такую идеальную корреляцию между вольфрамом-182 и количеством материала, захваченного Луной и Землей после столкновения.

«Этот результат приближает нас к пониманию тесной родственной связи между Землей и Луной, - сказал проф. Уолкер. - Нам все еще нужно проработать детали, но ясно, что наша ранняя Солнечная система было очень активной областью космического пространства».

Художественное изображение столкновения двух планетных тел. Столкновение, подобное этому, как полагают, сформировало Луну в течение первых 150 миллионов лет после образования нашей Солнечной системы