Хотя Луна является нашим ближайшим, наиболее знакомым небесным соседом, вопрос о том, как она образовалась, является на удивление нерешенным и противоречивым.
Ученые соглашаются с тем, что около 4,5 миллиардов лет назад большой объект под названием Тейя врезался в Землю - идея, известная как гипотеза гигантского удара. Однако то, что произошло дальше, подлежит обсуждению. Некоторые ученые предпочитают «классическую» модель, где при ударе образовалось много мусора, который постепенно слипался в луну, в то время как Земля оставалась нетронутой.
Другие предпочитают более радикальные модели, такие как Земля и Тея, испаряющие и производящие кольцо перегретого мусора, известного как «синестия». Это в конечном счете сформировало нашу планету и ее естественный спутник. Но «ни одна [из теорий] не достигла уровня консенсуса в сообществе», отмечает Джей Мелош из Университета Пердью.
Новое исследование, опубликованное в Nature Geoscince поможет решить некоторые проблемы. Эрик Кано из Университета Нью-Мексико и его коллеги изучили образцы лунной поверхности, собранные миссиями «Аполлон», и обнаружили, что чем глубже вы проходите под этой поверхностью, тем больше отличается луна от Земли.
Этот результат свидетельствует о том, что Луна и наша планета не так идентичны по составу, как считалось ранее, что потенциально исключает модель синестии, которая предполагает, что последнее тело и Тея тщательно перемешали свой материал перед разделением на Землю и ее спутник. Результаты могут быть возвращены к более классическим моделям формирования луны.
Одним из ключевых способов сравнения составов Земли и Луны является измерение изотопов кислорода, то есть атомов кислорода различной массы, которые присутствуют в образцах.
Считается, что объекты, которые образовались в разных местах в солнечной системе, имеют различное количество таких изотопов. Предыдущие исследования показали, что изотопы Луны очень похожи на изотопы Земли. Это наблюдение говорит о том, что произошло смешивание Земли и Теи, или что Тея сформировалась в той же позиции в Солнечной системе, что и наша планета. Если Theia сформировалась в другом месте или если после столкновения было минимальное смешивание, изотопы должны варьироваться более широко.
Но вместо того, чтобы усреднять образцы, команда Кано посмотрела, где каждый из них образовался на луне, и обнаружила заметные различия.
Исследователи обнаружили, что, хотя изотопы кислорода у поверхности были похожи на изотопы Земли, они снизу были разными. «Одинаковые значения изотопов кислорода были загадкой для гипотезы гигантского удара, потому что эти модели предсказывают, что Луна должна быть в основном сделана из материала ударного элемента», - говорит Кано. «Что мы обнаружили, так это то, что в действительности значения изотопов кислорода варьируются в зависимости от различных типов пород».
Результаты показывают, что после воздействия остатки Тейи хранились глубоко в лунной мантии. Между тем на поверхности атмосфера испаренной силикатной породы, возникшей в результате этого удара, постепенно осыпала Луну, загрязняя ее веществом с Земли. «Это был дождь на расплавленную луну. Однако он не полностью смешался с океаном лунной магмы», - говорит Кано. «Вот почему мы думаем, что образцы из самых глубоких регионов имеют наименьшее количество загрязнения».
Конечные результаты могут иметь серьезные последствия для дебатов о формировании луны. «Общее значение этого результата состоит в том, что можно исключить или по крайней мере, поставить под сомнение модель синестии». И все же Сара Стюарт из Калифорнийского университета, Дэвис, которая вместе со своим коллегой Саймоном Локом предложила модель синестии в 2018 году, говорит, что результаты еще не полностью отвергают ее теорию. Основные вопросы о формировании Луны остаются. «Мы все еще сталкиваемся с проблемой создания Луны с объектом, который должен был находиться очень близко к Земле, или с большим количеством перемешивания составов во время произошедшего», - говорит она.
Новые исследования, однако, показывают, что еще многое предстоит узнать о составе Луны, и может пройти некоторое время, прежде чем ученые смогут прийти к единой теории относительно того, как образовался спутник. «Многие люди действительно заинтересованы в том, чтобы узнать, как это произошло», - говорит Тименс.
