Как Земля получила свою Луну - вопрос, который давно и долго обсуждался. Теория гигантского удара, согласно которой Луна образовалась в результате столкновения между ранней Землей и скалистым телом под названием Тейя, стала лидером среди объяснений. Но детали того, как это произошло размыты и есть много вопросов, которые ученые все еще пытаются объяснить.
Новое исследование опубликованное в журнале Nature Geoscience, пролило свет на то, что на самом деле произошло, разгадав одну из самых больших загадок, связанных с катастрофой - почему луна оказалась почти идентичной Земле, а не Тейе, если предположить, что она существовала.
Согласно теории гигантского удара, Тейя была размером примерно с Марс или меньше - в два раза меньше диаметра Земли. Она врезалась в молодую Землю примерно 4,5 миллиарда лет назад. Это столкновение произвело достаточно тепла, чтобы создать океаны магмы и выбросить большое количество материала на орбиту вокруг Земли, которая впоследствии соединилась с Луной.
Теория объясняет способ и скорость, с которой Земля и Луна вращаются вокруг друг друга. Луна всегда обращена одной и той же стороной к Земле. Именно поэтому достижением стала посадка китайского космического корабля Change 4 на обратной стороне луны в 2019 году - прямая связь с той стороной с Земли невозможна.
Луна и Земля почти идентичны по составу. Разница в том, что на Луне меньше железа и меньше легких элементов, таких как водород, которые необходимы для производства воды. Теория гигантского удара объясняет почему. Тяжелое железо было бы сохранено на Земле, а тепло, произведенное во время удара и выброса в космос, испарило бы более легкие элементы, в то время как остальная часть материала Земли и Теи смешалась бы.
Компьютерные модели воспроизвели события, которые привели к образованию Луны. Модели, которые лучше всего соответствуют всем наблюдениям, предполагают, что Луна должна содержать 80% материала Тейи. Так почему же Луна подозрительно похожа на Землю?
Одно из объяснений состоит в том, что Тейя и ранняя Земля должны были иметь идентичный состав. Это кажется маловероятным, потому что каждое зарегистрированное планетарное тело в нашей солнечной системе имеет свой уникальный состав, с небольшими различиями, отражающими расстояние от Солнца, где сформировалось тело.
Другое объяснение состоит в том, что смешение двух тел было намного более тщательным, чем ожидалось, оставляя менее ясную подпись Теи на Луне. Но это также маловероятно, поскольку это потребовало бы гораздо большего воздействия, чем то, которое предположительно имело место.
Копать глубже
Новое исследование разрешает эту дилемму, показывая, что Земля и Луна не так похожи, как считалось ранее. Исследователи с очень высокой точностью смотрели на распределение изотопов кислорода в породах, возвращенных с Луны астронавтами Аполлона. В химии атомное ядро любого элемента состоит из частиц, известных как протоны и нейтроны. Изотопы элемента имеют то же количество протонов в ядре, что и обычный вариант, но разное количество нейтронов. В этом случае изотоп кислорода O-18, который имеет восемь протонов и десять нейтронов, немного тяжелее, чем гораздо более распространенный O-16, с его восемью протонами и восемью нейтронами.
Исследование показывает, что существует небольшая разница между Землей и Луной в их изотопном составе кислорода. Проще говоря их профили не идентичны. Более того, разница увеличивается, когда вы смотрите на лунные скалы из мантии, которые представляют собой слой поверхности и имеют более легкие изотопы кислорода, чем на Земле. Это важно. Кора - это то место, где мог оказаться смешанный материал, в то время как в глубине Луны может находиться больше материала от Тейи.
Так что Тейя и Земля не были идентичны, а Луна и Земля тоже не идентичны. Но эти результаты также рассказывают нам немного о самой Тейе.
По сравнению с Землей у Теи должно было быть больше легких изотопов кислорода, что говорит о том, что она образовалась дальше от Солнца, чем от Земли.
Благодаря результатам этого исследования, гигантская теория удара преодолела еще одно препятствие в объяснении образования нашей Луны, а заодно мы узнали немного больше о самой Тейе.