Луна могла сформироваться за пять часов или за миллионы лет в зависимости от нагрева протопланет

Исследователи из Юго-западного исследовательского института (SwRI) совместно с коллегами из Университета Аризоны провели новое компьютерное моделирование столкновения, которое, как считается, привело к образованию Луны. Они обнаружили, что ключевую роль в этом процессе играет температура сталкивающихся небесных тел, а не только их масса и скорость. В зависимости от нагрева протоземли и гипотетической планеты Тейя, Луна могла сформироваться либо целиком за несколько часов, либо постепенно из облака обломков. Результаты работы опубликованы в научном журнале The Astrophysical Journal Letters.

На протяжении многих лет ученые придерживались гипотезы о том, что Луна появилась в результате колоссального удара по молодой Земле небесного тела размером с Марс, которое назвали Тейя. Эта теория, предложенная еще в начале 2000-х годов, объясняла многие особенности нашей спутницы, но все расчеты делались с одним важным упрощением: прочность и внутреннее строение сталкивающихся планет считались несущественными для такого грандиозного события. Однако новое исследование показывает, что это было серьезным упущением.

Современные вычислительные мощности позволили ученым впервые учесть, что материал планет ведет себя по-разному в зависимости от температуры. Холодные породы более жесткие и хрупкие, а горячие мягче и легче деформируются.

Оказалось, что этот фактор кардинально меняет картину столкновения. В одних симуляциях, когда Тейя и протоземля были достаточно горячими, удар не разрывал пришельца на куски, а напротив, приводил к тому, что Луна появлялась как цельный объект уже через пять часов после столкновения. В других случаях, если тела были холоднее, образовывался классический диск из обломков, который постепенно собирался в спутник, как предполагалось ранее.

Это открытие связывает время удара с его последствиями. Дело в том, что ранние протопланеты были значительно горячее, чем спустя миллионы лет остывания. Поэтому, в зависимости от того, на каком этапе своей эволюции столкнулись Земля и Тейя, процесс формирования Луны выглядел бы по-разному. Если удар произошел в совсем раннюю, более теплую эпоху, Луна могла возникнуть практически мгновенно. Если же позже, когда тела остыли, то через долгий этап накопления материала на орбите.

Такая изменчивость помогает по-новому взглянуть на сегодняшние свойства Луны, например, на содержание в ней летучих элементов, которые легко испаряются. Их присутствие или отсутствие может быть прямым следствием температуры во время рождения спутника. Кроме того, это дает ученым новый инструмент, чтобы уточнить дату самого столкновения: сравнивая химический состав земных пород и лунного грунта, можно попытаться восстановить, был ли удар «горячим» или «холодным».

Важно, что исследование не отменяет саму теорию гигантского столкновения, но значительно усложняет и обогащает ее. Оно также напоминает, что даже в космических масштабах «мелочи» вроде температуры или прочности вещества могут менять всю картину событий. Авторы работы подчеркивают, что их моделирование лишь первый шаг к более детальному пониманию того, как появилась наша Луна, и что впереди еще много вопросов, например, почему химический состав Земли и Луны так похож, несмотря на разные сценарии их рождения.

В конечном счете, главный результат нового исследования заключается в том, что формирование Луны не было единственным предопределенным сценарием. Оно зависело от «настроения» природы, точнее, от теплового состояния планет в момент удара. Это означает, что наша спутница могла родиться двумя совершенно разными путями: либо как быстро слепленный цельный объект, либо как медленно собранный из осколков «конструктор». Какой из них реализовался в реальности, теперь предстоит выяснить, сравнивая эти модели с реальными данными о лунных породах и возрасте земных минералов. В любом случае, работа открывает новый этап в изучении истории Земли и ее единственного естественного спутника.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях