Планетологи объяснили, как Луна сохранила воду после колоссального удара

Если спутник Земли образовался из раскалённого облака, почему там так много воды? Мики Накадзима (Miki Nakajima) из Института Карнеги и Дэвид Стивенсон (David Stevenson) из Калифорнийского технологического института, похоже, нашли ответ, но он, как водится, породил новые вопросы.

Практически все специалисты сегодня согласны, что Луна образовалась около 4,5 миллиарда лет назад в результате столкновения Земли с планетой Тейей. Будущую родину человечества окутало раскалённое облако, состоящее из вещества Тейи и самой Земли. Частично этот материал выпал обратно на нашу планету, а из того, что осталось, со временем сконденсировался наш естественный спутник. Об этом катаклизме "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали.

В пользу такой гипотезы говорят очень многие факты, и прежде всего химический состав Земли и Луны. Например, ночное светило весьма бедно железом (этот тяжёлый элемент выпал на Землю в первую очередь), а наша планета, наоборот, необычайно богата им (поскольку к своим собственным запасам она прибавила металл Тейи).

Кроме того, лунный и земной грунт похожи по соотношению изотопов кислорода, а значит, два этих тела образовались в одном и том же районе Солнечной системы.

Наконец, Земля до странности бедна элементами, основные соединения которых имеют низкую температуру кипения (летучими элементами, как их называют специалисты). Хондриты, по своему химическому составу близкие к веществу, из которого образовалась Солнечная система, содержат в 30 раз больше углерода и в 100 раз больше воды, чем породы современной Земли. Катастрофа, раскалившая планету так, что её поверхность расплавилась, прекрасно объясняет этот факт: летучие вещества просто сбежали в космос.

Астрономам долгое время казалось, что и содержание летучих элементов в лунном грунте прекрасно соответствует этой гипотезе. Однако результаты некоторых недавних исследований поставили учёных в тупик. Измеренное содержание воды и соотношение изотопов водорода оказалось попросту неприличным для тела, сконденсировавшегося из раскалённого облака.

Означает ли это, что на "ударной" гипотезе происхождения Луны, объяснившей так много фактов, следует поставить крест? Как выяснили Накадзима и Стивенсон, нет. Ибо дьявол имеет обыкновение скрываться в деталях.

Традиционно считается, что диск, из которого образовался спутник, был раскалён настолько, что вода разложилась на кислород и водород. Легчайший газ водород истекал из этого облака мощным потоком, увлекая за собой другие вещества, прежде всего натрий и калий. Луна действительно необычно бедна двумя последними элементами. Однако водорода (в том числе в виде воды) там, как выяснилось, слишком много, чтобы подобная схема оказалась верна.

Авторы построили детальные модели процессов в протолунном диске при различных его температурах (от 2800 до 4300 градусов Цельсия) и различных исходных содержаниях воды (от 0,1 до 1 промилле). При этом они исходили из двух достаточно обоснованных предположений. Во-первых, диск должен состоять в основном из соединений кремния (SiO₂ или Mg₂SiO₄). Во-вторых, он должен находиться в химическом равновесии.

Получилось, что во внешних областях диска преобладает отнюдь не газообразный водород, а более тяжёлые вещества. При температурах выше 2800–3000 градусов Цельсия это кислород и оксид кремния, а ниже этой границы – вода. Водород из центральной части диска должен пробиваться сквозь эту "броню" посредством диффузии, а это не слишком эффективно. Расчёты показывают, что таким путём протолунный диск и мог сохранить запасы водорода, характерные для современной Луны.

В этой бочке мёда, однако, содержится традиционная ложка дёгтя. Поскольку моделирование "отменило" мощные истекающие потоки водорода, выметать из протолунного облака натрий и калий стало нечем, и дефицит этих элементов придётся объяснять как-то иначе. Какой из двух овощей слаще, покажут будущие исследования.

Напомним, что "Вести.Наука" неоднократно писали об образовании Луны. Мы говорили о том, как учёные уточнили возраст "богини ночи", и об интригующей гипотезе, согласно которой породивших спутник столкновений было несколько. Не обошёл наш проект вниманием и водные ресурсы Селены, рассказав, как воду на Луне создаёт Солнце.