Удар, в результате которого образовалась Луна, поразил и новорожденную Землю

Почти столько же, сколько существует Земля, Луна была с ней. К такому выводу пришли несколько исследований, предполагающих, что Луна образовалась примерно через 65 миллионов лет после начала Солнечной системы — и всего через десятки миллионов лет после Земли.

Результаты обещают разрешить десятилетия споров о возрасте Луны, говорит Торстен Кляйн, космохимик из Института Макса Планка по исследованию солнечной системы, который представил новую работу здесь, на Конференции по науке о Луне и планетах (LPSC). Несколько направлений исследований сходятся на новом и более древнем возрасте Луны, говорит он: «Это около 4,5 миллиардов лет».

Начало Солнечной системы, определяемое как время, когда первые породы кристаллизовались из пыли и газа, вращающихся вокруг молодого Солнца, датируется 4,5673 миллиарда лет назад. Земля образовалась из этих пород примерно через 20-30 миллионов лет после этого. Еще позже, как полагают, протопланета размером с Марс по имени Тейя врезалась в прото-Землю, выбрасывая испаренные обломки обоих объектов в космос. Луна образовалась из этих обломков.

Определение точного времени — не эзотерическое упражнение, это критически важно для понимания истории Земли, говорит Мелани Барбони, геохимик из Университета штата Аризона (ASU). Удар Тейи стабилизировал неустойчивые вращения Земли и расплавил ее поверхность, воссоздав расплавленное новорожденное состояние планеты. «Образование Луны датирует нашу Землю, а не планету, которая существовала раньше», — говорит Барбони.

После удара поверхность Луны также расплавилась, и среди камней, собранных астронавтами Аполлона, есть светлые магматические, богатые кристаллами плагиоклаза, которые долгое время считались остатками ее собственного магматического океана. Датированные примерно 4,35 миллиарда лет назад, примерно через 200 миллионов лет после зарождения Солнечной системы, они побудили предположить, что тогда же образовалась и сама Луна.

Однако такая «молодая» Луна все больше противоречит нашему пониманию того, как развивалась Солнечная система, говорит Фрэнсис Ниммо, планетолог из Калифорнийского университета в Санта-Крусе. Удар Тейи, скорее всего, произошел в ранний период истории Солнечной системы, когда Юпитер и другие газовые гиганты совершали дикие орбитальные вращения, их гравитация швыряла крупные каменистые объекты на внутренние планеты. Но орбитальное моделирование и наблюдения теперь предполагают, что Солнечная система успокоилась в течение первых 100 миллионов лет; через 200 миллионов лет, говорит Ниммо, «практически все закончилось». Более того, указывает Барбони, недавние намеки предполагают, что уже 4,3 миллиарда лет назад на поверхности Земли была жидкая вода и, возможно, тектонические плиты погружались в мантию. Оба варианта были бы неправдоподобны всего через 50 миллионов лет после того, как Тейя превратила поверхность в магму.

Сама Барбони была одной из первых, кто бросил вызов модели молодой Луны. В исследовании 2017 года, опубликованном в журнале Science Advances, она проанализировала восемь кристаллов циркона — зерен минерала, ценимого для радиометрического датирования — из образцов Аполлона-14. Основываясь на том, сколько их урана распалось на свинец, а также на некоторых предположениях моделирования, Барбони  предположила,  что Луне  4,51 миллиарда лет. «Боже, какую реакцию я получила», — вспоминает она. «Я столкнулась с очень сильным сопротивлением со стороны людей, верящих в молодую Луну».

Еще одна атака произошла в 2019 году в исследовании Nature Geoscience под руководством Максвелла Тименса, геохимика из Свободного университета Брюсселя. Он и его соавторы обнаружили избыток легкого изотопа вольфрама в образцах Apollo и пришли к выводу, что он появился в результате распада ныне вымершей формы гафния, которая существовала только в течение первых 60 миллионов лет истории Солнечной системы. Это также означало, что Луна образовалась около 4,5 миллиардов лет назад.

Кляйн, который когда-то выступал за молодой возраст Луны, не соглашался с методами Тименса, но теперь он пришел к тому же выводу другим путем: датируя лунные минералы по очень медленному распаду радиоактивного рубидия в стронций. Сложность использования этой техники состояла в том, чтобы оценить, сколько из двух элементов изначально присутствовало как в Тейе, так и в прото-Земле, а затем, сколько Луны происходит от каждого из ее родителей. Кляйн и его коллега Йонас Шнайдер провели расчеты для ряда различных моделей формирования Луны. Они пришли к возрасту, который для наиболее правдоподобных моделей «всегда одинаков», говорит Кляйн: около 4,5 миллиардов лет.

Это достоверная оценка, которая соответствует последовательной истории эволюции Луны, говорит Стивен Деш, планетолог из ASU. «Молодые» даты для образцов Apollo не были ошибочными, предположил Деш в LPSC в прошлом году, — просто эти породы не образовались из первоначального океана магмы. Действительно, новый раунд датирования циркона, опубликованный в январе в Proceedings of the National Academy of Sciences, показал, что этот океан должен был полностью кристаллизоваться за десятки миллионов лет до пород Apollo.

Но затем, говорит Деш, поверхность Луны снова расплавилась: по мере того, как она мигрировала от Земли, она попала в гравитационное перетягивание каната между Землей и Солнцем, которое нагревало Луну, замешивая ее как шар теста. Ниммо, опубликовавший аналогичный вывод в Nature в декабре 2024 года, сравнивает раннюю Луну со спутником Юпитера Ио, на котором сегодня есть активные вулканы из-за его приливных взаимодействий с гигантской планетой. «Ранняя Луна, она была бы как Ио на стероидах», — говорит он. Барбони согласен, что Луна была повторно расплавлена в начале своей истории, но предположил, что вместо приливного притяжения причиной было сильное столкновение, которое произошло на ее южном полюсе и создало ее самый большой ударный бассейн.

В любом случае, «старая Луна» восходит — по крайней мере, пока. В прошлом году китайская миссия «Чанъэ-6» вернула почти 2 килограмма камней с обратной стороны Луны. Если в них будут найдены цирконы с датами, соответствующими временной шкале старой Луны, это может поставить точку, говорит Деш. Если нет, это может снова широко раскрыть возраст Луны.