Родной удар: Луна могла родиться от столкновения Земли с «сестрой» из внутренней Солнечной системы

Катастрофическое столкновение, создавшее Луну и ставшее одним из судьбоносных событий в ранней истории Земли, могло быть спровоцировано не далёким пришельцем, а миром-«братом», сформировавшимся по соседству. К такому выводу приходит новое исследование.

Около 4,5 миллиардов лет назад мир размером с Марс врезался в молодую Землю с такой чудовищной силой, что расплавил огромные участки её мантии и выбросил на орбиту диск из раскалённых обломков. Эти обломки со временем слиплись, образовав знакомую нам Луну. Учёные давно приняли эту теорию «гигантского удара», однако происхождение и состав утраченной планеты, получившей имя Тейя, оставались загадкой.

Новый анализ образцов лунного грунта миссий «Аполлон», земных пород и метеоритов теперь утверждает, что Тейя, как и Земля, была каменистым миром, сформировавшимся во внутренней Солнечной системе — вероятно, даже ближе к Солнцу, чем наша планета.

«Тейя и прото-Земля происходят из схожего региона внутренней Солнечной системы», — заявил Live Science Тимо Хопп, геоучёный из Института исследований Солнечной системы имени Макса Планка в Германии, руководивший исследованием.

Результаты, подробно изложенные в статье, опубликованной 20 ноября в журнале Science, укрепляют классическую картину того, как формировались каменистые планеты миллиарды лет назад, отметил Хопп. «Наши результаты не предсказывают нового поворота в механизме. Напротив, они очень хорошо согласуются с тем, что мы ожидаем от классической теории формирования планет земной группы».

Бурная молодость планет
В бурные первые 100 миллионов лет после образования Солнца внутренняя Солнечная система была переполнена десятками или сотнями планетарных зародышей — миров размером от Луны до Марса, которые часто сталкивались, сливались или меняли орбиты под влиянием гравитационного хаоса раннего формирования планет, а также мощного притяжения Юпитера.

«Тейя была одним из десятков или сотен планетарных зародышей, из которых сформировались наши планеты», — сказал Хопп. Однако образцы с Луны, доставленные миссиями «Аполлон», показали, что Земля и Луна почти химически идентичны. Это сходство, по словам учёных, чрезвычайно затруднило определение места рождения Тейи.

Для расследования Хопп и его коллеги искали в мантии Земли мельчайшие химические следы, оставшиеся после удара — следы таких элементов, как железо и молибден, которые, если бы присутствовали на раннем этапе формирования планеты, должны были опуститься в её ядро. Их сохранение в породах мантии сегодня говорит о том, что эти элементы прибыли позже, вероятно, доставленные Тейей во время гигантского столкновения, и, следовательно, несут ценную информацию о составе утраченной планеты.

Подсказки с Луны
Исследователи проанализировали шесть лунных образцов миссий «Аполлон-12» и «Аполлон-17», а также 15 земных пород, включая образцы из вулкана Килауэа на Гавайях, и метеориты, найденные в Антарктиде и хранящиеся в крупных музейных коллекциях.

Команда сосредоточилась на чрезвычайно тонких различиях в изотопах железа (разных версиях элементов), которые, как показывают недавние исследования, могут указывать, где сформировался материал относительно Солнца. Они объединили эти измерения железа с изотопными сигнатурами молибдена и циркония, а затем сравнили результаты с известным составом метеоритов, чтобы определить, из каких планетарных «строительных блоков» могла сформироваться Тейя.

Сотни смоделированных сценариев — от небольших ударников до тел массой почти в половину Земли — показали, что единственная конфигурация, успешно воспроизводящая химический состав Земли и Луны, это та, в которой Тейя сформировалась во внутренней Солнечной системе. Согласно выводам команды, Тейя, вероятно, была каменистым миром с металлическим ядром, содержавшим примерно 5–10% массы Земли.

Модели также показывают, что как прото-Земля, так и Тейя содержат материал из «неотобранного» резервуара внутренней Солнечной системы — тип вещества, отсутствующий во всех известных коллекциях метеоритов. Этот таинственный компонент, вероятно, сформировался чрезвычайно близко к Солнцу, в регионе, где ранний материал был либо поглощён Меркурием, Венерой, Землёй и Тейей, либо не сохранился в виде свободно плавающих тел, способных стать метеоритами.

«Возможно, это всего лишь ошибка выборки», — признал Хопп. Образцы с Венеры или Меркурия, добавил он, могут однажды выявить большую долю этого недостающего материала и в конечном итоге «подтвердить или опровергнуть наш вывод».

Хотя исследование проясняет, что Земля и Тейя, вероятно, были местными «сёстрами», вопрос о том, как гигантский удар так тщательно смешал два мира, что их химические «отпечатки» стали почти неразличимыми, остаётся открытым, сказал Хопп.

Разгадка этой тайны может раскрыть последнюю недостающую главу в жестокой истории происхождения Луны и стать ключом к полному пониманию того, как появились наша Луна и Земля.

Данное исследование не только проливает свет на происхождение Луны, но и заставляет пересмотреть наши представления о динамике ранней Солнечной системы. Тот факт, что два крупнейших тела, столкнувшихся для рождения Луны, оказались «химическими близнецами» из одной и той же области, говорит о высокой степени локальной однородности протопланетного диска вблизи Солнца. Это косвенно подтверждает модели, в которых планеты земной группы формировались из относительно узких «питающих» колец материала, а не из случайно разбросанных по всей внутренней системе планетезималей.

Однако обнаружение «неотобранного» резервуара вещества ставит новую интригующую задачу. Его существование предполагает, что в самых горячих внутренних областях протопланетного диска мог существовать уникальный класс планетозималей или пыли с особым изотопным составом, полностью аккрецированный первыми планетами и поэтому недоступный для прямого изучения сегодня. Это «слепое пятно» в наших знаниях о составе Солнечной системы может скрывать важнейшие подсказки о процессах вблизи молодой звезды, где температура была столь высока, что испарялись даже тугоплавкие соединения. Будущие миссии к Меркурию или попытки изучения вещества Венеры могут стать решающим шагом для заполнения этой пробелы и окончательной проверки новой гипотезы о земном происхождении Тейи.