Считается, что около 4,5 миллиарда лет назад, в начале истории Солнечной системы, Тея, планета размером с Марс, столкнулась с молодой Землей. В результате этого космического катаклизма образовалась Луна. Согласно новому исследованию, остатки этой протопланеты все еще могут быть найдены глубоко в мантии Земли.
Существует несколько гипотез образования Луны. Самая первая гласит, что спутница оторвалась от Земли из-за центробежных сил, оставивших дыру - Тихий океан, но эта модель требует слишком большой начальной энергии вращения. Вторая гипотеза предполагает, что Луна возникла самостоятельно и была захвачен Землей, или была сформирована из того же облака газов и пыли, из которого была сформирована Земля. Однако наибольшей популярностью у ученых пользуется так называемая Теория большого столкновения. Эта концепция гласит, что Луна образовалась в результате столкновения между ранней Землей и телом размером с Марс, которое в этой теории называется Тейей.
В новом исследовании ученые связали эту концепцию с огромными скоплениями плотных пород глубоко в самых нижних частях мантии нашей планеты, которые сейсмологи называют большими провинциями с низкой скоростью сдвига (LLSVP). Одно из этих образований находится под Западной Африкой, а другое - под Тихим океаном. Эти скопления имеют толщину около 1000 километров и охватывают несколько тысяч километров. Исследователи из Университета штата Аризона (ASU) считают, что эти образования остались от Тейи.
Загадочные образования в мантии Земли
На протяжении десятилетий сейсмологи интересовались этими двумя образованиями в мантии Земли. Сейсмические волны от землетрясений быстро замедляются по мере прохождения через эти слои, предполагая, что они более плотные и химически отличаются от окружающих пород. Известно, что они существуют очень давно, но неизвестно, как они возникли. Хотя появилось много идей для объяснения этого, ни одна гипотеза не получила убедительных доказательств.
На 52-й конференции по лунным и планетарным наукам доктор Цянь Юань из ASU представил концепцию, согласно которой эти образования являются остатками протопланеты, которая столкнулась с нашей планетой во время формирования Солнечной системы.
Идея не нова. Как признал Эдвард Гарнеро, сейсмолог ASU, не участвовавший в этом исследовании, аналогичные концепции звучали в коридорах и конференц-залах университета в течение многих лет, но его коллегам удалось выдвинуть серьезные аргументы в пользу этой гипотезы.
Теория большого столкновения
Как указывает Юань, именно протопланета могла доставить груз плотной породы глубоко в недра Земли. Теория большого столкновения была разработана в 1970-х годах, чтобы объяснить, почему Луна сухая и не имеет большого количества железного ядра. Во время такого крупного катаклизма такие вещества, как вода, испарятся и улетят в космос, а менее плотные породы, выброшенные в результате столкновения, в конечном итоге объединятся, чтобы сформировать Луну.
Теория апеллировала к ударному объекту размером с Марс или - в последних вариантах - намного меньше. Однако недавнее исследование астрофизика Университета штата Калифорния Стивена Деша, который сотрудничал с Юанем при анализе плотных скоплений вещества в мантии Земли, предполагает, что Тейа была почти такой же большой как Земля.
Во время исследования лунных горных пород, доставленных на Землю миссиями Аполлона, Деш и его коллеги измерили отношение водорода к дейтерию, более тяжелому изотопу водорода. Они обнаружили, что легкий водород гораздо чаще обнаруживается в лунных образцах, чем в земных породах. Исследователи предложили в публикации 2019 года в Geochemistry, чтобы улавливать и удерживать такое количество легкого водорода, Тейа должна быть огромной.
Согласно публикации, протопланета, ответственная за образование Луны, должна была быть размером как минимум с Землю. У нее также была плотная, богатая железом мантия - на 2 - 3,5 процента плотнее земной.
Новая концепция
Еще до того, как Юань узнал об оценках плотности, сделанных командой Деша, он моделировал судьбу Тейи. Согласно его анализу, ядро протопланеты после столкновения с Землей быстро сольется с ядром нашей планеты. Юань также смоделировал условия, которые позволят мантии Тейи выжить при ударе, а не смешаться с мантией Земли.
Его моделирование показало, что порода в мантии ударного элемента должна быть на 1,5 - 3,5 процента плотнее земной, чтобы сохраниться. Эти результаты согласуются с исследованием Деша. Массивная Тейа также объясняет масштаб скоплений LLSVP, которые вместе в шесть раз массивнее Луны. Если они действительно пришли извне Земли, то их мог доставить только массивный объект.
Согласно теории Юаня, в результате столкновения с Тейей более легкие камни были выброшены в космос и образовали Луну. В свою очередь, богатые железом фрагменты спустились к ядру Земли, где они осели и образовали загадочные скопления плотной породы.
Хотя представленное исследование дает довольно последовательную картину, в этом вопросе много неизвестного. Внутреннее пространство нашей планеты исследуется с помощью сейсмических волн и компьютерного моделирования, поэтому здесь могут скрываться ошибки. Структуры LLSVP могут быть не такими толстыми, плотными или структурированными, как мы думаем. Кроме того, сама теория большого столкновения не подкреплена вескими доказательствами, как признал сам автор новых соображений. «Теория большого столкновения - одна из лучших моделей формирования Луны, но прямые доказательства того, что большая планета столкнулась с Землёй, остаются неуловимыми», - признал Юань.
Источник: Science
