И всё-таки: как именно образовалась Луна?

И всё-таки: как именно образовалась Луна?

 Александр Березин 

В общем, в начале была планета, вращавшаяся вокруг Солнца по той же орбите, что и Земля. Первая догнала вторую и...

Каким бы ни было тело, столкнувшееся с Землёй (условно называемое Тейей), его изотопный состав не должен совпадать с нашим. А вот у Луны он совпадает с земным, причём в очень значительной степени. Как это объяснить? На днях появились две независимые публикации, подходящие к проблеме с разных сторон.

Если верны первые две гипотезы, то Тейя у нас под ногами, а если третья, то, вероятно, всё ещё над головой. (Иллюстрация UCSD.)

Первая теория, разработанная Робин Кануп из Юго-Западного исследовательского института (США), предполагает, что, вопреки ранним гипотезам, Тейя была не меньше Земли в несколько раз, а примерно равна ей. Вторая, авторства Сары Стюарт из Гарвардского университета (США), такова: Тейя была размерами с Марс, а не как Земля. А земное происхождение пород Луны в основном обусловлено тем, что предыдущее моделирование неверно рассчитывало скорость вращения Земли до столкновения. Напомним: сейчас полагается, что до столкновения и в первое время после него сутки Земли составляли пять часов. У авторов второй гипотезы при сутках в 2,5 часа (вдесятеро короче нынешних) всё получилось.

Проблемой гипотез является их совпадение с тем изотопным составом Луны, который мы наблюдаем сегодня. Если обе теории верны в отношении состава, то какой именно из двух механизмов сработал? Очевидно, должны быть методы проверки гипотез, выходящие за рамки анализа химического состава лунных и земных пород. К счастью, они есть.

Первая теория рассматривает вариант столкновения двух тел исходя из их близости по массе и размерам: Тейя весила от 50% до 90% тогдашней Земли. Моделирование столкновения (почти по касательной, на 4 км/с) с объектом в 80% земной массы дало результат, сходный с имеющимся: составы Земли и Луны сходны, но относительная доля железного ядра у планеты в итоге больше, ибо именно в земной мантии остались тяжёлые породы Тейи.

В статье Сары Стюарт масса входящего тела равна 10% от тогдашней земной — иными словами, близка к марсианской, что является традиционным вариантом массы Тейи. Распределение поднятой взрывом породы, формирующей Луну в ближайшем космосе из осколочного диска, совпало с теоретически необходимым для создания современной Луны. Тейя просто утонула в глубинах нашего дома, оттого её «начинка» не была выброшена в космос и не приняла участия в формировании спутника:

«Цена» этого варианта, на первый взгляд, невелика: просто Земле, поглотившей угловой момент Тейи, надо было вращаться вокруг оси за 2,3–2,7 часа. Правда, в обоих случаях есть тонкость: со временем конвекция должна была вынести часть материала Тейи с характерным инопланетным распределением изотопов на поверхность, но геологи ничего такого не наблюдают.

Спрятать концы в воду при массе Тейи в 10% (вторая гипотеза) от земной проще «в разы»: если выносы породы на поверхность и имели место, то фрагментарные, и их было бы непросто отделить от случайных флуктуаций.

Но обе гипотезы оставляют другую существенную проблему. Система Земля — Луна в обоих вариантах после столкновения должна была иметь воистину колоссальную скорость вращения, так как к имевшейся добавлялась энергия Тейи. Угловой момент тел системы не мог провалиться в никуда: или мы до сих пор жили бы в двух-трёхчасовых сутках, или расстояние между Луной и Землёй увеличилось бы не до 400 тыс. км, а гораздо больше. Ничего из этого не наблюдается. Так куда же делась энергия?

Авторы второй работы предполагают: дело в том, что между лунной орбитой и орбитой системы Луна — Земля есть резонанс, посредством которого угловой момент частично передаётся Солнцу. Поскольку его масса очень велика в сравнении с Землёй и Луной, то списать на такой фактор можно (почти) какую угодно потерю углового момента.

Напомним, что есть и третий вариант: столкновение произошло с телом с массой Марса, но под очень пологим углом, из-за чего это было скорее соприкосновение, а Тейя, следовательно, унесла из зарождающейся после столкновения системы Земля — Луна огромное количество углового момента, что и позволило компонентам системы вращаться с более умеренной (наблюдаемой нами) скоростью.

Однако и эта гипотеза не указывает на важнейший, казалось бы, элемент своей проверяемости: куда делась Тейя? Прямо скажем, тело с марсианской массой, а то и тяжелее, не иголка в стоге сена; таких в Солнечной системе мало. Вылететь из неё ему было бы очень сложно, а внутри его нет (точно нет?). Таким образом, для проверки третьего подхода нужен след. След в виде неизвестной планеты размером с Марс в Солнечной системе.

Соответствующие исследования в ближайшее время будут опубликованы в журнале Science.

Подготовлено по материалам Ars Technica.