Астрономы поставили под сомнение происхождение Луны

Земля возникла около 4,5 миллиардов лет назад, и предыдущие исследования показали, что Луна возникла вскоре после этого.

В течение последних трех десятилетий преобладающим объяснением происхождения Луны было столкновение двух протопланет.

Одним из них была новорожденная Земля, а другим была планета размером с Марс, которую ученые окрестили Тея.

Эта "гипотеза гигантского удара", казалось, объясняла многие детали о Земле и Луне, такие как большой размер Луны по сравнению с Землей и скорости вращения двух тел.

Тем не менее, за последние 20 лет появились данные, которые оспаривают эту гипотезу и предлагают множество альтернатив.

Компьютерные модели сценария гигантского удара часто говорят, что от 70 до 90% Луны должно быть сделано из материала Теи.

Проблема в том, что большинство тел в Солнечной системе имеют уникальные химические составы, и поэтому Земля, Тея и, следовательно, Луна - тоже должны отличаться.

Тем не менее, образцы горных пород, которые миссии "Аполлон" вернули с Луны, показывают, что состав естественного спутника необычайно похож на состав Земли, гораздо более сходный, чем такие модели могут предсказать изотопы (Изотопы элемента имеют разные количества нейтронов в своих атомных ядрах).

Это чрезвычайное сходство в изотопах таких элементов, как кислород, поставило под вопрос сценарий гигантского воздействия.

Одна возможность состоит в том, что прото-Земля и Тея были почти идентичны, но когда дело дошло до изотопов кислорода, это кажется маловероятным.

Другой сценарий показывает, что кислородные изотопы прото-Земли и Тейи должны были полностью смешаться после столкновения.

Причем удар должен быть настолько сильным, что он испарил бы большую часть ранней Земли.

Но этот и другие сценарии могут потребовать невероятных условий воздействия, считают ученые.

В новом исследовании ученые провели новые высокоточные измерения уровней изотопов кислорода в ряде лунных образцов.

Исследователи расширили предыдущую работу, сосредоточившись на широком разнообразии типов лунных камней.

Ученые обнаружили, что существуют незначительные, но регулярные различия в изотопном составе кислорода в зависимости от типа лунной породы.

Это предполагает, что предшествующая работа, которая усредняла вместе данные изотопов Луны при игнорировании различий в типах горных пород, не могла дать точную картину различий между Землей и Луной.

"В рамках этого проекта ожидалось, что наши результаты, скорее всего, будут отражать результаты предыдущих исследований", - сказал ведущий автор исследования Эрик Кано, геохимик по стабильным изотопам в Университете Нью-Мексико.

"Самой удивительной частью наших результатов было нахождение количества изменений, которые мы делали между отдельными лунными образцами".

Чтобы объяснить эти результаты, исследователи предположили, что гигантское столкновение между прото-Землей и Тейей действительно привело к смешению между телами.

Тем не менее, Луна и Земля имеют разные составы, хотя и очень похожие.

Позже, в первые 1000 лет после удара, испаренная порода с диска обломков, оставленная в результате удара, вероятно, привела к "лавинному дождю на Луну в течение сотен лет".

Сложные физические и химические взаимодействия между этим лавовым дождем и океаном магмы, который покрывал новорожденную луну, могли затем привести к изотопному изменению кислорода в самых верхних лунных породах, который был бы больше похож на земные.

Напротив, образцы, полученные из глубокой лунной мантии, имели самый различный изотопный состав кислорода из испытанных лунных пород по сравнению с Землей.

По словам Кано, наиболее важным следствием этих выводов является то, что в моделях с гигантским воздействием больше не нужно учитывать практически неразличимые изотопные составы кислорода между Землей и Луной.

Исследователи обнаружили, что чем глубже происхождение образца породы, тем тяжелее изотопы кислорода по сравнению с земными.

Это различие можно было бы объяснить, если бы во время удара только внешняя поверхность Луны была измельчена и перемешана, что привело к сходству с Землей.

Но глубоко внутри Луны часть Теи остается относительно нетронутой, а ее изотопы кислорода оставались ближе к своему первоначальному состоянию.

В исследовании утверждается, что это довольно точное свидетельство того, что Тея могла сформироваться дальше в Солнечной системе и придвинулась к Земле перед большим столкновением, создавшим Луну.

"Очевидно, что отчетливо различимый изотопный состав кислорода у Теи не был полностью утрачен в результате гомогенизации во время гигантского столкновения", - заключили исследователи.