Космическая авария по-соседски: происхождение планеты, породившей Луну, оказалось неожиданно близким

Одно из ключевых событий в истории Земли получило новое научное прочтение. Исследователи представили данные, указывающие на возможное место формирования небесного тела, столкновение с которым привело к появлению Луны. Речь идет о реконструкции ранней истории Солнечной системы с опорой на геохимию и изотопный анализ. Об этом сообщает passioneastronomia.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Луна

Столкновение, изменившее историю Земли

Около 4,5 миллиарда лет назад молодая Земля пережила катастрофическое событие, последствия которого ощущаются до сих пор. С ней столкнулось крупное протопланетное тело, условно названное Тейей. Именно этот удар, по современным представлениям, радикально изменил параметры орбиты Земли, повлиял на формирование ее ядра и мантии, а также привел к рождению Луны из выброшенного в космос вещества.

Гипотеза гигантского столкновения давно считается основной, однако детали сценария остаются предметом споров. В частности, ученых интересует происхождение Тейи: была ли она "чужаком" из дальних областей Солнечной системы или формировалась рядом с Землей, из схожего материала. Ответ на этот вопрос важен для понимания того, как вообще собирались каменистые планеты.

Следы исчезнувшей планеты

Прямых образцов Тейи не существует — объект был полностью разрушен при столкновении. Поэтому ученые вынуждены работать с косвенными данными, анализируя химические "отпечатки", сохранившиеся в земных и лунных породах. Именно такой подход лег в основу нового исследования, проведенного специалистами Института исследований Солнечной системы Макса Планка и Чикагского университета.

Ранее уже выдвигалась версия, что Луна и Земля имеют практически идентичный изотопный состав, и это плохо согласуется со сценарием случайного столкновения с телом иного происхождения. Новая работа развивает эту линию и дополняет ее более точными измерениями, расширяя представление о том, как могла выглядеть Тейя и из какого "строительного материала" она состояла.

Обратная инженерия планет

Для анализа ученые использовали метод, который условно можно назвать обратной инженерией. Исходя из современного изотопного состава Земли и Луны, они смоделировали, какие комбинации массы и химии могли быть у Тейи и ранней Земли, чтобы в результате столкновения получилось именно то, что мы наблюдаем сегодня.

Ключевую роль сыграли изотопы железа, а также хрома, молибдена и циркония. Эти элементы по-разному ведут себя при формировании планет: часть из них "уходит" в ядро, другие остаются в мантии и фиксируют всю историю аккреции. Такой подход позволяет не просто сравнивать образцы, а восстанавливать последовательность процессов, происходивших на заре Солнечной системы.

Что рассказали изотопы

Результаты анализа показали, что Земля и Луна практически неотличимы по соотношениям ключевых изотопов. Это подтверждает более ранние наблюдения и усиливает аргумент против версии, в которой Тейя прилетела из удаленных областей, где формировались иные классы метеоритов.

Особенно показательной оказалась история железа. Поскольку формирование земного ядра произошло очень рано, железо, находящееся сегодня в мантии, не могло остаться там с самого начала. Его появление логично объясняется поздним поступлением — например, вместе с материалом Тейи. В то же время элементы вроде циркония, не склонные концентрироваться в ядре, дают "сквозную" запись всей истории формирования планеты.

Внутренняя Солнечная система как источник

Наиболее убедительный сценарий, к которому пришли исследователи, предполагает, что и Земля, и Тейя формировались преимущественно во внутренней части Солнечной системы. Более того, есть основания полагать, что Тейя могла возникнуть даже ближе к Солнцу, чем Земля, а затем мигрировать на пересекающуюся орбиту.

Такое происхождение объясняет почти полное совпадение изотопных подписей и делает столкновение не случайной встречей "чужаков", а столкновением двух близкородственных тел. Это хорошо вписывается в современные модели ранней динамики Солнечной системы, где миграции протопланет были обычным явлением.

Сравнение гипотез происхождения Тейи

Существуют разные подходы к объяснению происхождения Тейи. В одних моделях она рассматривается как объект, пришедший из внешних областей, богатых летучими веществами. В других — как локальное тело, сформировавшееся рядом с Землей. Новые изотопные данные явно склоняют баланс в пользу второго варианта.

В отличие от сценариев с "экзотическим" происхождением, модель внутреннего формирования не требует привлечения редких или плохо подтвержденных допущений. Она также лучше согласуется с наблюдаемым химическим сходством Земли и Луны и снижает количество нерешенных противоречий.

Плюсы и минусы нового сценария

Предложенная модель имеет очевидные преимущества. Она объясняет изотопное сходство Земли и Луны, согласуется с данными о раннем формировании ядра и укладывается в общую картину эволюции каменистых планет. Кроме того, такой сценарий логично дополняет современные представления о внутренней Солнечной системе как о динамичной среде с частыми столкновениями.

При этом ограничения никуда не исчезают. Исследование по-прежнему опирается на косвенные данные, а точные параметры столкновения — масса Тейи, угол и скорость удара — остаются предметом моделирования. Эти вопросы напрямую связаны и с тем, как человечество сегодня изучает Луну и планирует новые миссии в ее направлении, включая программы вроде возвращения людей на Луну.

Популярные вопросы о происхождении Луны

Как ученые восстанавливают состав исчезнувшей планеты?
Они используют изотопный анализ земных и лунных пород и применяют численные модели, позволяющие "открутить" историю назад и подобрать возможные параметры Тейи.

Почему совпадение изотопов Земли и Луны так важно?
Если бы Тейя имела иное происхождение, различия в изотопах были бы заметны. Их отсутствие указывает на общее или очень близкое место формирования.

Можно ли считать этот сценарий окончательным?
Нет, он остается наиболее вероятным на текущий момент. Новые образцы, миссии и методы анализа могут уточнить или скорректировать эту картину в будущем.