Теория формирования Луны может оказаться неверной

Согласно теории, миллиарды лет назад небесное тело размером с Марс (Тейя) врезалось в Землю, выбросив в космос много породы, которая в конечном итоге объединилась и образовала Луну. Это называется гипотезой гигантского удара, и она дает нам четкое объяснение нескольким любопытным общим свойствам Земли и Луны, например, идентичным минералам.

Есть только одна проблема. Согласно новому анализу, проведенному планетологом Паоло Сосси из группы экспериментальной планетологии в Швейцарской высшей технической школе Цюриха и его коллегами, нет абсолютно никаких однозначных доказательств того, что такое гигантское столкновение когда-либо имело место.

«Породы из мантии Земли и Луны неотличимы по всем изотопным соотношениям, которые отслеживают происхождение материала в Солнечной системе», — говорит Паоло Сосси. «Поскольку изотопы этих элементов сильно различаются в разных планетарных материалах, если бы были какие-либо следы удара, мы бы ожидали увидеть небольшие различия в их изотопных соотношениях. Однако никаких подобных различий между Землей и Луной обнаружено не было… поэтому мы утверждаем, что в случае удара два тела должны были быть идеально перемешаны… или Луна должна была образоваться иным образом».

Но если бы не было столкновения, откуда могла появиться Луна? Исследователи утверждают, что Земля и ее большой спутник просто образовались из одного и того же базового материала, что устраняет необходимость введения гипотетического третьего тела.

Земля и ее Луна уникальны в Солнечной системе. Это единственная система с двумя большими сферическими телами с дифференцированными ядрами; Луна не намного меньше Меркурия и, если бы она не зависела от Земли, ее можно было бы считать планетой.

Луна также, как полагают, сыграла важную роль в развитии жизни. Она помогает стабилизировать вращение Земли и создает приливы, которые помогают океанам циркулировать. Без вращающейся вокруг нее массы Земля была бы совсем другим местом.

Поскольку Луна одновременно и редка, и важна, ученые хотят узнать, как она оказалась возле нашей планеты. Ее происхождение может пролить свет на нашу собственную историю и помочь нам оценить вероятность того, как часто такие системы образуются во Вселенной.

Гипотеза гигантского удара неплоха. В ранние дни Солнечной системы, около 4,5 миллиардов лет назад, все было гораздо более хаотично. Было гораздо больше тел, летающих туда-сюда, в чем мы можем убедиться по кратерам, оставшимся на планетах и ​​лунах. Так что вполне возможно, что молодая Земля испытала на себе удар чего-то достаточно большого, чтобы создать облако породы, из которого образовалась Луна.

Проблема, которую обнаружили исследователи после изучения имеющихся доказательств, заключается в том, что Земля и Луна слишком похожи. Элементы на Земле и Луне имеют идентичные соотношения изотопов — различных форм одного и того же атома с разным числом нейтронов в ядрах. И чем больше мы исследуем, тем больше находим.

«Изначально такое соответствие было обнаружено только для изотопов кислорода, но совсем недавно (с начала 2010-х годов) это было обнаружено для хрома и титана — оба из которых являются элементами, концентрирующимися исключительно в каменистой части тела», — пояснили ученые.

«Более того, поскольку изотопы этих элементов сильно различаются в разных планетарных материалах, при наличии каких-либо следов удара мы могли бы ожидать увидеть небольшие различия в их изотопных соотношениях. Однако никаких подобных различий между Землей и Луной обнаружено не было».

«Впоследствии было показано, что это справедливо и для множества других элементов (например, железа, кальция, молибдена и т. д.), что делает вероятность того, что это могло произойти в результате совпадения, астрономически малой».

Недавнее исследование показало, что Земля и Луна также примерно одного возраста или образовались очень близко друг к другу, около 4,5 миллиардов лет назад. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что два тела образовались из одного и того же облака материала.

Это не значит, что столкновение не могло иметь места; одна из моделей предполагает, что столкновение уничтожило все, что было похоже на раннюю Землю, в результате чего образовался сгусток материала, который в итоге образовал два тела: Землю и Луну.

Но модели гигантских ударов часто предсказывают небольшие различия в соотношениях изотопов между Землей и Луной. Этих различий просто не существует, согласно имеющимся данным, что означает, что хотя гигантский удар и нельзя исключить, мы должны исключить модели, которые дают результаты, не соответствующие реальным геохимическим данным.

Тем не менее, «пространство параметров по сути бесконечно», — говорит Паоло Сосси. Мы просто не знаем, как Земля и Луна образовались из «комка звездной пыли» 4,5 миллиарда лет назад. Один из способов исследовать это дальше — изучать то, что находится внутри Луны, и именно над этим работают ученые.

С исследованием можно ознакомиться на сайте препринтов arXiv.