Слишком мало на Луне кратеров, чтобы объяснить ее древнее формирование вместе с Землей. Анализ пород на поверхности тоже дает большой разброс в возрасте естественного спутника — от 4,35 до 4,51 миллиарда лет. В новой работе ученые нашли объяснение этим несостыковкам и пришли к выводу, что Луна все же старше, чем считалось.
Иллюстрация формирования Луны из обломков от столкновения Тейи с Землей / © NASA
Согласно самой популярной гипотезе о формировании Луны, спутник возник из обломков столкновения Земли и несформированной планеты — Тейи — размером с Марс. Эта версия подвергается все большим сомнениям, появляются альтернативные сценарии. К счастью, накапливается все больше данных, которые позволяют проверять разные версии. Так, чтобы определить «дату» вероятного столкновения, ученые анализируют кристаллизовавшиеся камни первичного магматического океана Луны.
Анализ пород с поверхности Луны и вкраплений дает разные результаты. С одной стороны, возраст многих пород и вкраплений оценивается в 4,35 миллиарда лет, с другой — есть вкрапления возрастом 4,51 миллиарда лет. Пока что исследователи ориентируются на анализ пород и предпочитают версию, что спутник сформировался позже, но у гипотезы о молодой Луне есть несколько существенных проблем.
Большинство компьютерных моделей формирования планет показали, что спутник вроде Луны должен был сформироваться раньше. Компьютерное моделирование термальной эволюции такого тела тоже показало, что магматический океан застывал медленно. Наконец, остается вопрос о «старых» вкраплениях возрастом 4,51 миллиарда лет.
Если принять, что Луна сформировалась 4,51 миллиарда лет назад, необходимо объяснить обилие более молодых пород. Согласно одной из версий, полное переплавление планеты вызвало столкновение, образовавшее бассейн Южный полюс — Эйткен, но это не подтверждается компьютерными моделями.
Авторы нового исследования выдвинули альтернативную гипотезу — приливной разогрев Луны около 4,35 миллиарда лет. Тогда переплавление магмы не связано ни с формированием спутника, ни со столкновением. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Орбита обращения Луны вокруг Земли сильно менялась на протяжении ее эволюции. Как минимум, по результатам компьютерного моделирования, спутник должен был сформироваться на расстоянии до четырех радиусов Земли, а сегодня находится в среднем на расстоянии 60 радиусов. Когда Луна меняла положение, менялся и баланс воздействия на нее притяжения Земли и Солнца. Эти изменения и спровоцировали приливной нагрев и растопление магмы спутника.
По предположению авторов исследования, в процессе этого продолжительного эпизода приливного нагрева мантия Луны несколько раз переплавлялась. Впрочем, полноценный океан магмы так и не образовался. Магма плавилась местами и извергалась на поверхность, как на Ио, спутнике Юпитера.
Гипотеза о приливном нагреве объясняет молодой возраст пород, древние вкрапления и недостаток кратеров на поверхности. Сегодня на поверхности нашего спутника около 50 ударных бассейнов от столкновений, а должно быть значительно больше. По оценкам исследователей, в окрестностях Земли после рассеивания протопланетного диска оставалось порядка 400 тысяч планетезималей диаметром более 10 километров.
