Учёные выяснили, что Луна могла сформироваться всего за пять часов после столкновения Земли с Тейей
Новое компьютерное моделирование показывает, что Луна могла возникнуть совсем не так, как предполагает классический сценарий её формирования. После гигантского столкновения молодой Земли с планетой размером примерно с Марс Луна в некоторых условиях могла не собираться постепенно из диска обломков, а практически сразу оказаться на орбите в уже сформированном виде. Согласно расчётам, такой спутник мог появиться всего через несколько часов после столкновения.
Основная гипотеза происхождения Луны предполагает, что около 4,5 миллиарда лет назад в молодую Землю врезалось крупное тело, получившее название Тейя. В результате столкновения значительная часть вещества была выброшена на околоземную орбиту и образовала диск раскалённых обломков, из которого впоследствии постепенно сформировалась Луна.
Именно такой сценарий показывали многие предыдущие компьютерные модели. Однако в них обычно не учитывалась прочность вещества сталкивающихся планет. Для столкновения планетарного масштаба этот параметр считался несущественным, поскольку колоссальная энергия удара должна была полностью разрушить геологические структуры обоих тел.
Адин Дентон из SwRI и её коллеги решили проверить это предположение с помощью современных методов моделирования. Впервые для сценария формирования Луны они включили в расчёты зависимую от температуры прочность пород и другие геологические свойства сталкивающихся тел.
Оказалось, что это существенно меняет результат.
Материал планеты зависит от температуры: горячие породы значительно слабее холодных и легче деформируются и разрушаются при столкновении. Поэтому итог гигантского удара определяется не только массой, скоростью и углом столкновения, но и тем, насколько горячими были Земля и Тейя непосредственно перед катастрофическим событием.
В некоторых моделях горячие планеты практически полностью разрушались во время удара. Вещество Тейи и Земли распределялось вокруг нашей планеты, формируя массивный протолунный диск. Из него Луна затем должна была постепенно собраться в течение последующего периода.
Но при других температурных условиях происходило нечто принципиально иное. Часть вещества Тейи могла пережить столкновение достаточно крупным и плотным фрагментом, который оказывался на орбите Земли. В результате формировалась практически целая Луна, а не диск материала, из которого ей ещё только предстояло собраться.
Особенно показателен один из расчётов. Исследователи использовали параметры, близкие к тем, что применялись в первоначальных моделях гигантского столкновения, включая одинаковые температурные профили внутри Земли и Тейи. При таких условиях уже примерно через пять часов после удара в модели появлялась целая Луна.
Таким образом, скорость формирования спутника могла зависеть от теплового состояния планет во время столкновения. Это связывает два ранее рассматривавшихся независимо вопроса — когда именно произошло гигантское столкновение и в каком состоянии находилась Луна сразу после него.
Моделирование также может помочь объяснить некоторые особенности современной Луны. Если спутник сформировался практически сразу из относительно крупного сохранившегося фрагмента Тейи, его первоначальный состав и содержание летучих веществ могли существенно отличаться от случая, когда Луна постепенно собиралась из вещества протолунного диска.
Робин Кануп, один из авторов фундаментальной работы 2001 года о гигантском столкновении и вице-президент SwRI, не участвовавшая в новом исследовании, отметила, что результаты указывают на возможную связь между современными физическими свойствами Луны и тепловым состоянием Земли и Тейи в момент столкновения. Такая связь, в свою очередь, может помочь точнее определить время образования Луны.
При этом новая модель не снимает один из главных вопросов лунной теории: почему химический и изотопный состав Земли и Луны настолько близок. Одно из возможных объяснений заключается в том, что Земля и Тейя сформировались в одном регионе протопланетного диска, тогда как Марс возник дальше от Солнца и поэтому получил иной химический состав.
По словам Дентон, в этом смысле Землю и Тейю можно сравнить с братьями и сёстрами, а Землю и Луну — скорее с разнояйцевыми близнецами: они очень похожи, но не обязательно сформировались из абсолютно одного и того же материала.
Авторы подчёркивают, что результаты не доказывают, что Луна действительно возникла целиком уже через пять часов после удара. Они показывают, что такой сценарий физически возможен при определённых температурных и геологических свойствах сталкивающихся тел. Новая работа расширяет набор возможных вариантов формирования Луны и показывает, что прочность вещества нельзя автоматически исключать из моделей планетарных столкновений.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal Letters.