Вращавшаяся рядом с Землей планета могла стать причиной образования Луны

Согласно новому исследованию, катастрофическое столкновение, в результате которого образовалась Луна и которое стало одним из самых значимых событий в ранней истории Земли, могло быть спровоцировано не далеким вторжением, а родственным миром, выросшим по соседству.

Около 4,5 миллиардов лет назад планета размером с Марс врезалась в молодую Землю с такой колоссальной силой, что расплавила огромные пласты мантии нашей планеты и выбросила на орбиту диск расплавленных обломков. Эти обломки в конечном итоге слиплись, образовав ту Луну, которую мы знаем сегодня. Учёные давно придерживаются теории происхождения «гигантского удара», но откуда взялся давно потерянный мир, прозванный Тейей, и из чего он состоял, остаётся загадкой.

Однако новый анализ образцов лунной поверхности, полученных в ходе миссий «Аполлон», земных пород и метеоритов теперь доказывает, что Тейя, как и Земля, была каменистым миром, сформировавшимся во внутренней части Солнечной системы — вероятно, даже ближе к Солнцу, чем наша планета.

«Тейя и протоземля происходят из схожего региона внутренней части Солнечной системы», — рассказал руководитель исследования Тимо Хопп из Института исследований солнечной системы Общества Макса Планка в Германии.

По словам Хоппа, результаты исследования, подробно изложенные в статье, опубликованной в журнале Science, подтверждают классическую картину того, как каменистые планеты формировались миллиарды лет назад.

«Наши результаты не предсказывают нового поворота в механизме», — сказал Хопп. Напротив, они «очень хорошо согласуются с тем, что мы ожидаем от классической теории формирования планет земной группы».

В бурные первые 100 миллионов лет после формирования Солнца внутренняя часть Солнечной системы была заполнена десятками или сотнями планетарных эмбрионов — миров размером с Луну или Марс, которые часто сталкивались, сливались или выбрасывались на новые орбиты гравитационным хаосом раннего формирования планет, а также огромным притяжением Юпитера.

«Тейя была одним из десятков-сотней планетарных эмбрионов, из которых образовались наши планеты», — сказал Хопп. Однако лунные образцы, взятые в ходе миссий «Аполлон», показали, что Земля и Луна практически идентичны по химическому составу, и это сходство, по словам учёных, крайне затруднило определение места рождения Тейи.

Чтобы провести исследование, Хопп и его коллеги искали мельчайшие химические следы, оставшиеся после удара в мантии Земли — следы таких элементов, как железо и молибден, которые должны были попасть в ядро Земли, если бы они присутствовали на ранних этапах формирования планеты. Их сохранение в современных мантийных породах позволяет предположить, что эти элементы попали туда позже, вероятно, будучи доставлены Тейей во время гигантского удара, и, следовательно, несут ценную информацию о составе погибшей планеты, говорят исследователи.

Исследователи проанализировали шесть лунных образцов, полученных в ходе миссий «Аполлон-12» и «Аполлон-17», а также 15 земных образцов, включая образцы с гавайского вулкана Килауэа, а также метеориты, найденные в Антарктиде и хранящиеся в коллекциях крупных музеев.

Группа учёных сосредоточилась на крайне тонких различиях в изотопах железа (различных вариантах элементов), которые, как показывают недавние исследования, позволяют точно определить место образования материи относительно Солнца. Они объединили эти измерения содержания железа с изотопными сигнатурами молибдена и циркония, а затем сравнили результаты с известным составом метеоритов, чтобы определить, какие виды планетарных «строительных блоков» могли сформировать Тейю.

В исследовании говорится, что среди сотен смоделированных сценариев, от небольших ударных объектов до тел, масса которых почти вдвое меньше массы Земли, единственной конфигурацией, успешно воспроизведшей химический состав Земли и Луны, была та, в которой образовалась Тейя во внутренней части Солнечной системы. Команда отмечает, что Тейя, вероятно, была каменистым миром с металлическим ядром, масса которого составляла примерно от 5 до 10% массы Земли.

Модели также показывают, что и прото-Земля, и Тейя содержат материал из «неизученного» внутреннего резервуара Солнечной системы, тип вещества, отсутствующий во всех известных метеоритных скоплениях. Этот загадочный компонент, вероятно, образовался очень близко к Солнцу, в регионе, где ранний материал был либо захвачен Меркурием, Венерой, Землёй и Тейей, либо не сохранился в виде свободно дрейфующих тел, способных стать метеоритами.

«Возможно, это всего лишь ошибка выборки», — признал Хопп. Он добавил, что образцы с Венеры или Меркурия могут когда-нибудь обнаружить более крупные фрагменты этого недостающего материала и в конечном итоге «подтвердить или опровергнуть наше заключение».

По словам Хоппа, хотя исследование и проясняет, что Земля и Тейя, вероятно, были местными братьями и сестрами, вопрос о том, как гигантское столкновение настолько основательно смешало два мира, что их химические составы стали практически неразличимыми, остается открытым.

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