Луна кажется самым мирным предметом в небе. Светит, не шумит, помогает поэтам, оборотням и людям, которые любят драматично смотреть в окно.
Однако появилась Луна не в столь уж и мирных условиях. Около 4,5 миллиарда лет назад в молодую Землю врезалась планета размером с Марс. Землю расплавило, обломки выбросило в космос, а из этого адского фейерверка потом собралась Луна.
То есть главный романтичный символ природы появился после удара такой силы, что астероид, убивший динозавров, на его фоне выглядел бы хлопушкой на детском утреннике.
Тейя: планета, которой нет
Тело, влетевшее в Землю, получило имя Тейя — в честь греческой титаниды, матери богини Луны Селены.
Тейя была примерно размером с Марс — на уровне около 10% массы Земли. По одной из версий, она сформировалась вблизи земной орбиты.
В классической модели удар Тейи в Землю был косым, примерно под углом 45 градусов. Железное ядро Тейи ушло вглубь Земли и в значительной степени слилось с земным ядром.
Силикатный материал обоих тел расплавленный, частично испарившийся, он выплеснулся на орбиту. Из этого облака обломков и пара начала собираться Луна.
Энергия столкновения составляла порядка сотен квадриллионов бомб вроде хиросимской. Для сравнения: астероид, связанный с гибелью динозавров, был слабее в десятки миллионов раз.
Луна слишком похожа на Землю по составу
Гипотеза происхождения Луны в результате катастрофы и столкновения с планетой Тейей сейчас считается основной в астрофизике. Однако у этой гипотезы есть ряд противоречий, которые ученые пока не могут объяснить.
В классических симуляциях большая часть вещества будущей Луны происходила от Тейи — поэтому Луна должна была заметно отличаться от Земли по химическому составу. Как, например, Марс отличается от нас по изотопам кислорода: изотопный «паспорт» планеты зависит от того, где именно она формировалась в протопланетном диске.
Но лунный грунт демонстрирует совсем другое. Многие изотопные системы Земли и Луны оказались неожиданно похожи, иногда почти неразличимы в пределах точности измерений: кислород, титан, хром, вольфрам.
Либо Тейя имела точно такой же изотопный состав, что и Земля (крайне маловероятно), либо классическая модель требует серьёзных правок.
Синестия и другие версии
Проблема породила несколько конкурирующих моделей. Одна из самых изящных — концепция синестии, предложенная в 2017 году астрофизиками Сарой Стюарт и Саймоном Локом.
Энергия удара настолько огромна, что Земля не просто плавится — она испаряется и превращается в гигантскую быстро вращающуюся структуру из расплавленного и испарённого силикатного вещества, намного больше обычной Земли по размерам. Внутри этого облака, при температурах порядка 2 000–3 300 °C, постепенно конденсируется и растёт Луна.
Вещество Земли и Тейи к тому моменту перемешано до полной неразличимости — отсюда и одинаковые изотопы. Заодно высокая температура объясняет, почему Луна бедна водой и летучими веществами по сравнению с Землёй: они просто не успели конденсироваться.
Есть и более радикальная идея: Луна могла родиться не от одного удара, а от серии меньших столкновений. Тогда несколько небольших небесных тел постепенно сливались в один спутник. Статистически такой сценарий вероятнее, чем один идеально откалиброванный удар.
В 2022 году NASA и Даремский университет представили сверхдетальную симуляцию того древнего столкновения.
Оказалось: при определённых параметрах удара Луна не собирается тысячелетиями из обломков, а выбрасывается на орбиту почти готовым телом. И это занимает всего несколько часов. В такой модели внешний слой Луны мог быть богат земным материалом, что помогает объяснить сходство лунных и земных пород.
Тейя до сих пор внутри Земли
Есть и еще одна очень любопытная деталь.
Сейсмическая томография выявила под Африкой и Тихим океаном, прямо у границы мантии и ядра Земли, две огромные аномальные зоны. Ни с чем вокруг не смешиваются, существуют миллиарды лет.
По одной из гипотез — это «затонувшие» фрагменты мантии Тейи: более плотные из-за высокого содержания железа, они опустились на дно мантии сразу после удара и так там и остались.
Если эта версия верна, Тейя никуда не исчезла полностью. Часть её вещества могла спрятаться глубоко внутри Земли.
Почему Луна так важна для жизни на Земле
Сразу после образования Луна была во много раз ближе к Земле. В небе она выглядела гигантской. Земные сутки длились 4 часа, а приливные силы от близкой Луны были на порядки мощнее нынешних. С тех пор Луна уходит — на 3,8 сантиметра в год.
Примерно через 600 миллионов лет Луна удалится настолько, что полные солнечные затмения станут физически невозможны.
Но для истории Земли важнее другое. Луна помогает удерживать наклон земной оси в сравнительно узком диапазоне: сейчас он около 23,4°. Без этого стабилизатора ось могла бы «гулять» хаотично — от 0 до 85 градусов.
При 85 градусах Земля легла бы на бок: полюса полгода смотрели бы прямо в Солнце, климат превратился бы в ад. И вовсе не факт, что без Луны появление сложной жизни на суше стало бы возможным - так и оставалась бы одноклеточная жизнь в морях. Так что нашим спутником точно стоит дорожить!
В этом есть странная космическая мораль. Иногда самый сильный удар не ломает систему окончательно, а оставляет рядом то, что потом миллиарды лет удерживает её от хаоса.