Луна возникла от удара в лоб

Одинаковый изотопный состав пород на Земле и Луне позволили геофизикам сделать вывод, что породившее Луну столкновение Земли и Тейи было лобовым, а не скользящим.

Происхождение Луны давно интересовало ученых. На этот счет родилось много гипотез. Здесь и совместное образование Луны и Земли из одного газопылевого облака, и захват Луны гравитацией  Земли, и даже раскол Земли из-за центробежного разделения.

На новый уровень исследования поднялись после доставки на Землю образцов лунного грунта, благодаря чему ученые получили возможность сравнить состав лунных и земных пород. В настоящее время основной стала гипотеза образования Луны в результате столкновения Земли с небесным телом, которое получило название Тейя. Это предположение было выдвинуто американскими планетологами в 1975 году. Оно наилучшим образом объясняет как химический состав и строение Луны,  так и параметры системы Земля – Луна.

Тем не менее, окончательная картина этого до сих пор пока не сформировалась. Предполагается, что произошло это примерно 4,5 млрд. лет тому назад, на финальной части формирования Земли, которую на этом этапе принято называть протопланетой Земля (Гея).

Тогда Гея столкнулась по касательной (под углом 45 градусов или более) с протопланетой Тейя, по размерам близкой к Марсу. Из осколков, образовавшихся в результате удара, и возникла Луна. По некоторым оценкам она должна состоять на 40% из вещества Тейи. Анимацию такого столкновения можно посмотреть в видео на YouTube.

Но тогда химический состав пород Земли и Луны должен отличаться. Однако целый ряд исследований показывает, что это не так. В данном обширном исследовании, проведенном международной командой геофизиков США, Германии и Франции, исследовалось содержание изотопов кислорода О-16 и О-17 в лунных и земных породах. Кислород составляет около 90% объема горных пород и около 50% их массы. Основным изотопом является О-16, составляющий на Земле более 99,9% всего кислорода. Однако, несмотря на малое количество О-17, каждая планета Солнечной системы имеет уникальное соотношение этих изотопов, позволяющее опознать планету как по отпечаткам пальцев.

Исследователи проанализировали семь образцов лунной породы, доставленных на Землю экспедициями Аполлон 12, 14 и 17, а так же шесть образцов вулканических пород из мантии Земли. Используя самые современные методы и технологии, они не смогли обнаружить разницы в изотопном составе. Это привело их к предположению, что столкновение протопланет происходило не по касательной, а в лоб. При этом по словам одного из авторов исследования Юнга: «Тейя тщательно перемешана между Землей и Луной и равномерно распределена между ними. Это объясняет, почему мы не видим иных следов Тейи на Луне по сравнению с Землей».
 
Результаты этого исследования опубликованы в журнале «Science».

Следует заметить, что сама идею лобового столкновения протопланет (мегаимпакта) была высказана несколькими учеными в 2012 году.

Любопытно, что некоторые специалисты на основании подобных результатов вообще ставят ударную гипотезу под сомнение. Именно так, например, поступили ученые в 2012 году опубликовавшие работу в  Nature Geoscience, где также показали , что соотношение изотопов титана и кислорода в лунных и земных образцах одно и то же.

Другие исследователи предлагают менее катастрофичные варианты, поскольку лобовой удар со столь большим объектом должен приводить к последствиям, которые не наблюдаются. Например, российский астрофизик Н. Н. Горькавый в 2004–2007 годах предложил единую модель образования спутников планет с твердой поверхностью, в том числе и Луны.

В ней спутники вырастают из околопланетного облака, образованного главным образом выбросами из мантии планеты при ее бомбардировке метеоритами. Это похоже на мегаимпакт, но  вызывается не одним мощным ударом, а множеством гораздо менее катастрофичных событий.

По материалам Университета Калифорнии