Процесс образования Земли и ее естественного спутника, Луны, представляет собой одно из наиболее эффектных явлений в эволюции Солнечной системы. На начальных этапах развития нашей звездной системы вокруг Солнца существовало множество протопланет, число которых оценивалось в десятки или даже сотни. Большинство этих объектов либо сталкивались друг с другом, образуя современные планеты, либо выбрасывались за пределы Солнечной системы под влиянием гравитационных полей массивных газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн.
На Гавайской конференции по планетологии в 1984 году была выдвинута коллективная гипотеза о происхождении Луны, получившая известность как Теория Гигантского столкновения. В соответствии с этой моделью, приблизительно 4,6 млрд лет назад Земля подверглась ударному воздействию гипотетического космического объекта, названного учеными "Тейя".
По первоначальным расчетам предполагалось, что Тейя имела размер примерно с Марс, а ее масса составляла около 10% массы нынешней Земли, однако ее размер окончательно не установлен, и некоторые ученые предполагают, что Тейя могла быть значительно больше, возможно, на 30% или даже 40-45% массы нынешней Земли. В таком случае она могла продолжить полёт по орбите, а Луна сформировалась из выброшенной в космос мантии Земли.
Однако, в вышедшей в 2004 году статье ученые Ричард Готт (J. Richard Gott) и математик Эдвард Белбрано (Edward Belbruno) из Принстонского университета предположили, что Тейя могла сформироваться в одной из точек Лагранжа системы Земля-Солнце — L4 или L5, а затем перейти на беспорядочную орбиту, например в результате гравитационных возмущений со стороны других планет, и ударить Землю на более-менее низкой скоростью.
Такой механизм существенно повышает вероятность встречи небесного тела с Землёй при требуемых параметрах столкновения. Под воздействием огромной силы удара значительная масса вещества Тейи и части земной мантии были выброшены на околоземную орбиту, а ядра двух планет слились в одно. Там, на орбите Земли из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км (современное расстояние составляет около 384 тыс. км).
В результате столкновения скорость вращения Земли существенно увеличилась. Один полный оборот Земля стала совершать за 5 часов, вместо 12-16 до столкновения, а земная ось отклонилась от орбитальной на 70 градусов. Со временем, благодаря приливным силам Луны скорость вращения Земли замедлился до 24 часов, а экстремальный наклон оси со временем уменьшился и составил 23,5 градуса. Несмотря на определенные недочеты данной гипотезы, она до сих пор считается одной из наиболее убедительных.
В поддержку данной гипотезы говорят такие факты, как обеднение Луны легкими элементами, небольшой размер ее ядра из сульфидного железа, вопросы, касающиеся углового момента системы Земля-Луна, образцы лунного грунта, свидетельствующие о том, что поверхность Луны некогда находилась в расплавленном состоянии, а также данные о сходных столкновениях в других звездных системах.
Тем не менее остаются некоторые нерешенные вопросы, связанные с этой гипотезой. Среди них можно выделить следующие: недостаток ожидаемых концентраций летучих элементов, оксидов железа или сидерофильных элементов в лунных образцах, а также отсутствие доказательств существования магматических океанов на Земле, предполагаемых этой теорией.
Компьютерное моделирование также подтверждает возможность возникновения спутника, подобного Луне, в результате определённых сценариев столкновений. Модели показывают, что в ходе такого взаимодействия Луна могла бы получить меньшую плотность по сравнению с Землёй, поскольку состояла бы главным образом из мантийного и коврового материалов, в то время как основное ядро осталось бы в составе Земли.
В качестве подтверждения гипотезы о столкновении планет по касательной можно привести следующие факты:
- Диаметр мантии Луны достигает 80% от ее общей величины, тогда как обычно для аналогичных небесных тел этот показатель составляет около 50%.
- Мантия Луны состоит главным образом из каменистых пород.Согласно данным, полученным на основе анализа содержания стабильного радиоактивного изотопа вольфрам-182 (образующегося в результате распада короткоживущего гафний-182) в образцах лунной почвы, ученые-минералоги из Германии и Великобритании в 2005 году оценили возраст разделения Луны на силикатную и металлическую оболочки в 4,527 миллиарда лет (плюс-минус 10 миллионов лет). Исследование, опубликованное в декабре 2024 года, оценило возраст Луны в пределах от 4,43 до 4,53 миллиардов лет.
Луна сыграла ключевую роль в формировании условий, подходящих для зарождения и поддержания жизни на Земле. Она стабилизировала наклон оси Земли, предотвращая сильные колебания, которые могли бы сделать климат слишком экстремальным для живых существ. Приливы и отливы, вызванные гравитацией Луны, способствуют перемешиванию океанов и созданию уникальных сред обитания вдоль береговых линий. Кроме того, Луна регулирует длину земных суток, замедляя вращение Земли и обеспечивая стабильность климатических условий. Возможно, Луна также помогает защищать Землю от астероидов, хотя это предположение требует дополнительных доказательств. Наконец, лунный свет предоставляет слабое ночное освещение, влияющее на поведение животных и растений.
