Как образовалась Луна? Казалось бы, мы должны знать ответ, ведь у нас есть более тонны образцов ее породы и результаты многочисленных исследований, проведенных как с орбиты, так и на поверхности спутника Земли. Международная группа ученых проанализировала данные исследований и пришла к выводу, который вряд ли понравится сторонникам самой популярной гипотезы.
Одна из моделей формирования Луны, в которой спутник сформировался из материи Земли, вылетавшей на орбиту в результате столкновений, не одного мощного, а множества «среднестатистических» / © Paolo A. Sossi et al. arXiv:2408.16840 (2024)
Луна — странный, по меркам спутников, объект. Ее диаметр довольно «обычный», а вот масса составляет 1,2 процента массы Земли, что делает Луну самым большим относительно своей планеты спутником в Солнечной системе. К строению тоже есть вопросы: маленькое металлическое ядро составляет лишь до четырех процентов массы всего небесного тела. Для сравнения: на ядро Земли приходится более 30 процентов ее массы. Наконец, естественный спутник чересчур быстро вращается вокруг планеты. В общем, история образования Луны должна объяснять все эти аномалии.
Общая плотность Луны схожа с плотностью земной мантии, более того, по изотопному составу темные лунные породы похожи на вулканические земные. Эти сходства породили гипотезу, что Луна образовалась после столкновения Земли с огромным телом. Из выбитой на орбиту материи планеты со временем и сформировалася спутник. К такому же выводу привели исследования эволюции движения системы «Земля — Луна».
Главная проблема гипотезы о столкновении в том, что при подобном развитии событий Луна формируется преимущественно из материала «инородного» тела, а не Земли, как показали компьютерные модели. Стремясь объяснить одинаковый состав спутника и планеты, ученые выдвинули схожие гипотезы, в основе которых по-прежнему было столкновение. К примеру, согласно одной из них, объект выбил материю из Земли и улетел, согласно другой — две «полу-Земли» столкнулись, полноценно «перемешались» и образовали Землю и Луну.
Международная группа ученых из институтов Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Рочестерского университета (США) свела результаты геохимических и геофизических исследований Луны, чтобы понять, какие из сценариев формирования спутника наиболее вероятны. Работа выложена в открытый доступ на сайте arXiv.
Новый геофизический анализ показал, что ядро Луны с радиусом 300 ± 20 километров составляет примерно 0,8-1,5 процента массы спутника. Такие параметры «сердцевины» накладывают ограничения на состав ядра и остальных слоев. Если вся остальная Луна по составу похожа на верхнюю мантию Земли, то ядро должно быть чрезвычайно плотным (приблизительно 7,8 тысячи килограммов на кубический метр) и состоять почти исключительно из сплава железа и никеля. Если же в составе Луны больше оксидов железа, чем в земной мантии, то и ядро не должно быть столь плотным и может содержать значительное количество других элементов.
На сегодня у нас нет сейсмических данных о структуре Луны на глубине ниже 1,1 тысячи километров (радиус спутника — 1,7 тысячи километров). Возможно, необходимую информацию соберет миссия Lunar Geophysical Network (пока не утверждена) или чувствительные сейсмометры Farside Seismic Suite, которые могут отправиться на поверхность спутника в рамках программы CLPS (NASA).
Авторы новой научной работы также вывели относительное содержание 70 элементов в мантии и коре Луны. Судя по этим данным, Земля и Луна сформировались из одной материи, то есть в одной части протопланетного диска, без «примесей» от гипотетического импактора. Образовался наш спутник примерно 4,5 миллиарда лет назад из вещества, в котором на тот момент уже почти не осталось летучих веществ.
Чтобы уточнить историю формирования разных слоев Луны, необходимо провести анализ пород (лучше — мантии), собранных в других областях спутника, вдали от тех мест, где уже садились аппараты. Такие образцы могут доставить миссии «Чанъэ-6» (Китай) и лунохода Endurance (концепт, NASA).
Проблему отсутствия «примесей» решают сценарии очень мощного столкновения и «перемешивания» материи импактора и прародителя Земли. Как отметили авторы нового исследования, поведение материи в таких экстремальных условиях пока что не до конца изучено и не внедрено в численные модели подобных событий. Более того, соотношение элементов и их изотопов в Луне не могло образоваться при высокой температуре, которая неизбежна в мощном столкновении с «перемешиванием» вещества.
В общем, в Луне нет следов столкновения Земли с Тейей, гипотетической формирующейся планетой. Либо этого события не было, либо в процессе него материя нашей планеты идеально перемешалась с материей «гостьи» еще до естественного формирования спутника. Как подытожили ученые, «на сегодняшний день модель гигантского столкновения — худшая модель формирования Луны из тех, что у нас есть, если не считать всех остальных, которые не раз пробовали доказать».
