Рост Луны за счет тел, выброшенных с Земли

Сотрудники ГЕОХИ РАН исследовали эволюцию орбит тел, выброшенных с Земли на стадии её аккумуляции и ранней эволюции при ударах крупных планетезималей — тел, из которых образовались планеты.

Анализ вероятностей столкновений выброшенных с Земли тел с Луной показывает, что Луна не могла вырасти до своей современной массы из небольшого зародыша, двигавшегося по современной орбите Луны. Полученные результаты свидетельствуют в пользу образования лунного зародыша и дальнейшего его роста до большей части современной массы Луны вблизи Земли.

В рассмотренных вариантах расчётов движения тел, выброшенных с Земли, большая часть тел покидала сферу Хилла Земли и двигалась по гелиоцентрическим орбитам. Их динамическое время жизни достигало нескольких сотен миллионов лет. При более высоких скоростях выброса вероятности столкновений тел с Землей и Луной в основном были ниже. На всем рассматриваемом интервале времени при скорости выброса, равной 11,5, 12 и 14 км/с, значения вероятности столкновения тела с Землей составляли примерно 0,3, 0,2 и 0,15–0,2 соответственно.

При скоростях выброса, не превышавших 11,25 км/с, то есть немного превышавших параболическую скорость, большая часть выброшенных тел выпадала обратно на Землю. Вероятность столкновения выброшенного с Земли тела с Луной, движущейся по её современной орбите, была примерно в 15–35 раз меньше, чем с Землей при скоростях выброса не менее 11,5 км/с. Вероятность столкновения таких тел с Луной составляла в основном около 0,004–0,008 при скоростях выброса не менее 14 км/с и около 0,006–0,01 при скоростях выброса равных 12 км/с. Она была больше при меньших скоростях выброса и была в диапазоне 0,01–0,02 при скоростях выброса равных 11,3 км/с.

На Луне может находиться вещество, выброшенное с Земли при аккумуляции Земли и при поздней тяжёлой бомбардировке. «При этом, как получено в расчётах, тел, выброшенных с Земли и упавших на зародыш Луны, было бы недостаточно для того, чтобы Луна выросла до своей современной массы из маленького зародыша, двигавшегося по современной орбите Луны. Этот результат свидетельствует в пользу образования лунного зародыша и дальнейшего его роста до большей части современной массы Луны вблизи Земли», — прокомментировал автор статьи, ведущий научный сотрудник лаборатории термодинамики и математического моделирования ГЕОХИ РАН д.ф.-м.н. Сергей Ипатов.

Авторы считают более вероятным, что первоначальный зародыш Луны с массой не более 0,1 от массы Луны образовался одновременно с зародышем Земли из общего разрежённого сгущения.

Для более эффективного роста зародыша Луны желательно, чтобы при некоторых соударениях тел-ударников с Землей выброшенные тела не просто вылетали из кратера, а часть вещества выходила на орбиты вокруг Земли, как в модели мультиимпактов. Средние скорости столкновений выброшенных тел с Землей тем больше, чем больше скорость выброса. Значения этих скоростей столкновений составили около 13, 14–15, 14–16, 14–20, 14–25 км/с при скорости выброса, равной 11,3, 11,5, 12, 14 и 16,4 км/с соответственно. Скорости столкновений тел с Луной были также выше при больших скоростях выброса и находились в основном в пределах 7–8, 10–12, 10–16 и 11–20 км/с при скоростях выброса, равных 11,3, 12, 14 и 16,4 км/с соответственно.

Результаты опубликованы в Solar System Research.