Согласно наиболее широко принятой теории, Луна образовалась примерно 4,5 миллиарда лет назад, когда объект размером с Марс по имени Тейя столкнулся с Землей (он же Гипотеза Гигантского Воздействия). Это воздействие вырвало значительное количество мусора, который постепенно слился в единый естественный спутник Земли. Одним из наиболее убедительных доказательств этой теории является тот факт, что Земля и Луна удивительно похожи по составу.
Однако предыдущие исследования, включающие компьютерное моделирование, показали, что, если Луна была создана в результате гигантского удара, она должна была удержать больше материала от самого импактора. Но согласно новому исследованию, проведенному командой из Университета Нью-Мексико, вполне возможно, что Земля и Луна не так похожи, как считалось ранее.
Исследование, которое описывает их результаты, под названием «Разные кислородные изотопные составы Земли и Луны», недавно появилось в журнале. Природоведение, Исследование было проведено Эриком Дж. Кано и Захари Д. Шарпом из Департамента наук о Земле и планетах UNM и Чарльзом Ширером из Института метеоритики UNM.
Теория о том, что Земля и Луна когда-то были единым телом, существует с 19-го века. Но только после того, как астронавты Аполлона вернули образцы горных пород, ученые получили убедительные доказательства того, что Земля и Луна образовались вместе. Эти образцы показали, что, подобно Земле, Луна состояла из силикатных минералов и металлов, дифференцированных между металлическим ядром и силикатной мантией и земной корой.
В то время как на Луне меньше железа и меньше легких элементов, Гипотеза Гигантского Воздействия объясняет это довольно хорошо. Железо, особенно тяжелый элемент, было бы задержано Землей, в то время как сила удара и взрывная сила заставили более легкие элементы испаряться и выбрасываться в космос. Остальная часть материала с Земли и Теи тогда бы остыла, а затем смешалась, чтобы сформировать Землю и Луну, какими мы их знаем сегодня.
Эта теория также объясняет скорость и характер, с которым Луна вращается вокруг Земли; в частности, как он примыкает к нашей планете. Однако предыдущие исследования, включающие компьютерное моделирование, показали, что в этом сценарии примерно 80% Луны должно состоять из материала, который был получен из Тейи.
Это представляет серьезную проблему для астрономов и геологов, и различные теории были выдвинуты, чтобы объяснить это. В одном сценарии Тея была похожа по составу на Землю, что объясняет, почему Земля и Луна кажутся такими похожими. В другом смешивание материалов было очень тщательным, до такой степени, что и Земля, и Луна сохраняют элементы Теи.
К сожалению, эти объяснения либо не соответствуют тому, что мы знаем о Солнечной системе, либо представляют свои собственные теоретические проблемы. Чтобы пролить свет на это, Кано и его коллеги рассмотрели ключевое несоответствие с гипотезой о гигантском воздействии. В основном, когда ученые исследовали образцы лунных пород Аполлона, они отметили, что значения изотопов кислорода были практически идентичны значениям, найденным в породах здесь, на Земле.
Если гипотеза Гигантского удара верна, то предшественники Земли и Луны либо имели одинаковые значения для начала, либо произошла обширная гомогенизация после события удара. Чтобы решить эту проблему, Кано и его коллеги провели высокоточный анализ изотопов кислорода ряда различных лунных пород. Они обнаружили, что в лунных породах концентрация более легких изотопов кислорода выше, чем на Земле.
Кроме того, различия увеличивают глубину зондирования от коры до мантии. Они связывают это с тем фактом, что кора - это место, где осколки с Земли и Тейя смешались бы, тогда как внутри - место, где материал из Тейи был бы более концентрированным. Как они резюмируют в своем исследовании:
«Значения изотопов кислорода в лунных образцах коррелируют с литологией, и мы предполагаем, что различия можно объяснить смешиванием изотопно-легкого пара, генерируемого при ударе, и самой внешней частью раннего лунного магматического океана. Наши данные свидетельствуют о том, что образцы, полученные из глубокой лунной мантии, которые изотопно тяжелы по сравнению с Землей, имеют изотопные составы, которые наиболее характерны для прото-лунного импактора «Theia» ».
Таким образом, результаты исследований группы показывают, что Земля и Тея не были похожи по составу, что является первым убедительным доказательством того, что Тея, вероятно, образовалась дальше от Солнца, чем Земля. Точно так же их работа показывает, что различные изотопные составы кислорода Тейи и Земли не были полностью гомогенизированы лунообразующим воздействием.
Это исследование напоминает исследование, которое недавно было проведено командой из Йельского университета и Токийского технологического института. Согласно их работам, Земля все еще была горячим магматическим шаром, когда происходило лунообразующее воздействие. Это то, что позволило бы материалу от Теи быть потерянным в космосе, в то время как материал с Земли быстро слился в Луну.
Вопрос о том, был ли материал из Тейи утерян в космос или оставлен как часть внутренней части Луны, является вопросом, который ученые смогут изучить более полно благодаря многочисленным миссиям по возврату образцов, которые будут происходить в ближайшие годы. К ним относятся НАСА отправить астронавтов обратно на поверхность Луны (Проект Артемида) и несколько роверов, отправленных Китаем (Chang'e 5 а также Чанъе 6 миссии).
Эти и другие загадки, связанные с единственным спутником Земли, очень скоро дадут ответ!
