По самой распространенной гипотезе, Луна сформировалась из обломков столкновения Земли с предполагаемой планетой Тейя. Проблема в том, что тогда, по расчетам, естественный спутник Земли должен по большей части состоять из чужеродного вещества, и это было бы видно при сравнении лунного грунта и земных пород: у них должно заметно отличаться соотношение изотопов разных химических элементов. Недавно космохимики провели анализ 14 лунных образцов и подтвердили существование уже давно назревшей проблемы: изотопный состав в них практически идентичен земному. Они обдумали это непонятное сходство и предложили интересный вариант решения головоломки.
Астронавт «Аполлона-15» Дэвид Скотт за работой у валуна на краю лунного каньона Хэдли Рилл / © NASA
После доставки на Землю лунного грунта астронавтами «Аполлонов» и советскими аппаратами обнаружился труднообъяснимый феномен: вещество Луны оказалось поразительно похоже на земное. Породы нашей планеты с внеземными сравнивают по соотношению разновидностей атомов одного и того же химического элемента — его изотопов. У разных небесных тел оно отличается и таким образом служит важным «опознавательным знаком». Сходство этого изотопного соотношения между Луной и Землей назвали изотопным кризисом.
Дело в том, что оно противоречит или во всяком случае не очень соотносится с господствующей (впрочем, давно оспариваемой) версией происхождения Луны. Она гласит, что вскоре после возникновения Земля столкнулась с планетой, предположительно, размером с Марс. Ей дали поэтичное имя Тейи — мифической матери богини Луны Селены.
От ее удара в космос должно было выбросить большие массы вещества, из которого постепенно и сформировалась Луна. Планетологи объясняют, что в таком случае Луна должна примерно на 70% состоять из обломков Тейи, а Земля — всего на 10%. Такое положение дел прослеживалось бы как разница в соотношении изотопов, а между тем по факту этой разницы нет.
В этом недавно снова убедились исследователи из Германии. В статье для издания Proceedings of the National Academy of Sciences они поделились результатами анализа 14 образцов лунного грунта, собранных во время миссий «Аполлон-11», «Аполлон-12», «Аполлон-15», «Аполлон-16» и «Аполлон-17». Таким образом, это материал из широкого разнообразия мест на лунной поверхности. Его сравнивали почти с двумя сотнями образцов земных пород, по большей части мантийных, то есть поднятых из глубин нашей планеты.
Ученые сопоставляли концентрацию в них одного из стабильных изотопов кислорода, которого в космосе и в земной природе в целом сравнительно немного, но во внеземном веществе, как правило, несколько больше — кислорода-17. Напомним, число означает количество протонов и нейтронов в атомном ядре. Выяснилось, что доля кислорода-17 в лунных и земных образцах практически не отличается.
По словам космохимиков, ранее предлагались три версии объяснения этой трудности: либо Тейя была по изотопному составу точно такой же, как Земля, либо вещество двух планет при столкновении настолько интенсивно и равномерно перемешалось, либо, наконец, что Луна каким-то образом сформировалась исключительно из выброшенного материала земной мантии. Германские ученые считают самым убедительным третий вариант.
Правда, чтобы все получилось по такому сценарию, Тейя должна была быть довольно необычной: представлять собой «голое» металлическое планетное ядро, то есть к моменту встречи с Землей по каким-то причинам растерять свою мантию. Тогда такой массивный и плотный болид почти весь погрузился бы в более мягкие недра Земли, а в космос бы как раз выбросило именно земное вещество.
Сравнение изотопов кислорода в лунном и земном веществе привело исследователей еще к одному выводу: Земля вряд ли приобрела Мировой океан в результате кометной бомбардировки. Во всяком случае еще до возникновения Луны планета уже обладала запасами воды, а Луна, по оценкам, появилась буквально через сотню-другую миллионов лет после формирования Солнечной системы. Если бы впоследствии на Землю обрушился кометный град, то на Луну упало бы очень мало, а поскольку кометная вода сильно отличается от земной как раз по изотопному признаку, количество кислородных изотопов на Земле и Луне опять же отличалось бы.
