Ранняя Луна была такой же адской, как супервулканический спутник Юпитера Ио

Фото из открытых источников

Луна провела несколько миллионов лет как вулканическая пустыня, покрытая постоянными извержениями, которые вырывались из гор и даже из самой земли. Новые исследования показывают, что орбита луны могла превратить ее в расплавленного монстра на несколько десятков миллионов лет. Результат мог быть сопоставим с луной Юпитера Ио, самым вулканическим телом в солнечной системе.

В начале истории солнечной системы массивная протопланета врезалась в молодую Землю. Столкновение материалов перемешалось, а затем преобразовалось в два отдельных тела, которые стали Землей и Луной. Они вращались почти друг над другом, но со временем Луна медленно отдалялась, затвердевая по мере движения.

В конце концов, гравитация Солнца стала сильнее притягивать Луну. Хотя она была дальше Солнца, оба тела притягивали Луну одинаково.

«Луна как будто сбивается с толку», — рассказал планетолог Фрэнсис Ниммо из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. «Она не знает точно, какую орбиту ей следует принять, и поэтому может выработать довольно странную орбиту». Ниммо представил результаты своего исследования в марте на 56-й ежегодной конференции по наукам о Луне и планетах.

Образовавшаяся гравитационная мешанина перемешивает недра Луны, расплавляя горные породы и создавая слой магмы, который извергается на поверхность.

Новое исследование предполагает, что поверхность Луны могла быть сброшена потоками лавы примерно 4,35 млрд лет назад. Потоки лавы заполнили бы все существующие кратеры и помогли бы сбросить возраст, измеренный по лунным камням и лунным цирконам.

Выяснение того, когда образовалась Луна, представляет свои собственные проблемы. Существует ряд методов, от изучения образцов, возвращенных на Землю, до изучения цирконов в этих породах и попыток выяснить, как планеты и их спутники танцевали миллиарды лет назад. Но все эти методы могут давать противоречивые ответы.

Исследование возраста лунных пород было одним из первых способов, с помощью которых ученые пытались откалибровать возраст Луны. Образцы, привезенные из программы NASA Apollo, были изучены и измерены. Сегодня продолжают поступать новые образцы, теперь из продолжающейся серии китайской программы Chang'e. Они предоставляют новые объекты для изучения и тестирования.

Вторая линия доказательств лунного возраста исходит от цирконов внутри самих пород. Цирконы — это силикатные минералы, которые встречаются внутри пород как на Земле, так и на Луне, и являются одними из древнейших объектов в Солнечной системе. В то время как породы могут плавиться и преобразовываться, сами цирконы достаточно прочны, чтобы противостоять плавлению при любых температурах, кроме самых высоких.

«Цирконы очень прочные», — сказал Ниммо. «Чтобы разрушить циркон после того, как он сформировался, нужно приложить немало усилий». Расплавление лунной поверхности посредством обширного вулканизма — один из способов вернуть цирконы в исходное состояние.

Оба метода датирования могут быть сложными. Цирконы более точны, но требуют невероятно точных измерений, поэтому ученые смогли изучить их только в последние два десятилетия или около того. Лунные камни, с другой стороны, могут быть более сложными для интерпретации и дают различные возрасты. Вместе эти два процесса предполагают, что Луне около 4,35 миллиарда лет.

Ученые также полагаются на выводы динамических моделей. Исследования Земли показывают, что она собрала много металлов, любящих железо, после того, как уже сформировала железное ядро. Эти металлы осели в мантии, составив примерно половину процента массы Земли после завершения формирования ядра, и называются поздним слоем. Но эти металлы должны были быть поглощены, пока материал все еще летал в хаотической, загроможденной ранней солнечной системе — и 4,35 миллиарда лет назад этот материал уже исчез.

С новыми результатами, опубликованными в журнале Nature в конце прошлого года, Ниммо и его коллеги предполагают, что луна возрастом 4,5 миллиарда лет вписывается в измерения более молодых лунных пород. Когда Луна пострадала от перетягивания каната между Землей и Солнцем, таяние привело бы к расплавлению и переформированию лунных пород и цирконов, что дало бы более молодой возраст, который не обязательно отражает время рождения самой Луны.

В течение нескольких десятков миллионов лет вулканизм покрывал бы Луну. Но он не обязательно выражался бы в виде огромных извергающихся гор. На Земле вулканический материал богат силикатом, который сгущает лаву и позволяет ей накапливаться в огромные горы. На Луне лава, вероятно, была тоньше, просачиваясь сквозь кору и вытекая в стороны, а не накапливаясь сама на себе.

«Безусловно, вулканическая деятельность была очень активной, но вулканов, которые нам известны, тогда не было», — сказал Ниммо.

Постоянное просачивание могло бы затормозить формирование слоя магматического океана, поскольку новообразованная жидкость не осталась бы застрявшей в мантии. По мере того, как материал плавился и становился плавучим, он бы просочился вверх к коре. Часть его могла бы прорваться, но часть могла бы просто заполнить кору, создавая внешние изгибы, подобные тем, что наблюдаются на Земле.

В то время Земля была бы гораздо ближе к Луне, чем сегодня, делая ее, возможно, вдвое больше на лунном небе, чем сегодня. «Вы бы увидели светящиеся потоки лавы повсюду, и, возможно, странные вулканические извержения», — сказал Ниммо.

По словам Ниммо, состояние, подобное состоянию Ио, продлилось бы всего несколько десятков миллионов лет.

«Это было короткое, но очень энергичное мероприятие», — сказал он.