Загадочное происхождение Луны до сих пор ставит астрономов в тупик

Фото из открытых источников

Спустя полвека после старта лунного модуля «Аполлон-17» НАСА с северо-восточной ближней стороны Луны, планетологи до сих пор не до конца понимают, когда и как образовалась наша Луна. Они сходятся во мнении, что это было связано с крупным столкновением с объектом, получившим название Тейя от лунных ученых, которое, вероятно, произошло около 4,51 миллиарда лет назад.

Однако, по оценкам, Тейя сейчас имеет размеры от прото-Меркурия до объекта, примерно вдвое превосходящего размеры современной Земли.

Фактически, новейшие гидродинамические модели указывают на то, что более крупный импактор является наиболее убедительным объяснением того, почему камни на Луне, добытые в рамках программы «Аполлон», по химическому составу так похожи на богатые оливином вулканические базальты, которые мы находим здесь, на Земле.

Земля сильно пострадала от этого масштабного столкновения; оно действительно переписало историю нашей планеты, объясняет Вим ван Вестренен, специалист по Луне и планетам из Свободного университета Амстердама.

В результате гигантского столкновения первоначальная Луна представляла собой лишь светящийся шар магмы, температура которой превышала тысячи градусов.

«Это ещё даже не горная порода, поэтому ей нужно остыть, прежде чем образуются минералы, которые мы пытались датировать», — говорит ван Вестренен. Он добавляет, что главный вопрос заключается в том, сколько времени прошло после удара, прежде чем образовались эти минералы?

Как признает ван Вестренен, это очень сложно точно определить.

Тем не менее, лунные ученые по-прежнему многое узнают из образцов горных пород, полученных в рамках программы «Аполлон».

Образец «Генезис» — порода возрастом 4,46 миллиарда лет, найденная в 1971 году участниками лунной миссии «Аполлон-15» НАСА, — является одним из самых известных образцов, добытых в рамках программы «Аполлон». Он состоит почти исключительно из белого минерала плагиоклаза, который, благодаря своей легкости, обычно всплывает на поверхность магмы.

Для образования большого количества белого вещества требуется огромное количество магмы, которая затем должна подняться на поверхность, поскольку сейчас она находится на поверхности, — говорит ван Вестренен. — Это лучшее объяснение образования этих белых камней, включая камень из сотворения мира, — добавляет он.

Белый цвет плагиоклаза, видимый при наблюдении Луны, обусловлен отражениями кристаллов плагиоклаза. Тот факт, что мы видим целое тело, покрытое плагиоклазами, говорит о том, что мы на самом деле наблюдаем свод древнего, огромного магматического массива, утверждает ван Вестренен.

Лаборатория ван Вестренена специализируется на создании высокого давления и чрезвычайно высоких температур для анализа и воссоздания условий внутри Луны в надежде узнать больше о геологической эволюции Луны.

«Наш проект Westrenen первым в мире провел полное экспериментальное исследование того, что происходит, когда глубокий магматический океан на Луне затвердевает, и какие минералы образуются в какой момент», — говорит ван Вестренен. «Мы считаем, что вся Луна была расплавлена; 1700 километров магмы, простирающейся до самого центра».

В лаборатории ван Вестренен и его коллеги используют резистивный нагрев, пропуская электрический ток через графит, чтобы нагреть несколько кубических миллиметров материала до температуры более 1700 °C. Это примерно в пять раз выше, чем температура в обычной духовке. В лаборатории также можно создавать давление, равное 250 000 атмосфер Земли.

В отличие от этого, максимальное внутреннее давление на Луне, как считается, составляет около 50 000 земных атмосфер, что позволяет исследователям виртуально совершить путешествие в центр Луны в лабораторных условиях.

Тем не менее, одна из ключевых проблем в понимании формирования нашей системы Земля-Луна заключается в том, что, хотя гидродинамические численные модели воспроизводят физические свойства современной системы Земля-Луна, они не в полной мере соответствуют химическому составу известных тел.

Все классические модели предсказывают, что химический состав Луны должен сильно отличаться от того, что мы видим, говорит ван Вестренен.

По его словам, лунные породы гораздо больше похожи на земные, чем должны быть.

Что касается размеров ударного объекта, формирующего Луну?

Сейчас считается, что либо Земля почти завершила своё формирование, либо Луна образовалась в результате столкновения с нашей планетой небольшого объекта размером с Меркурий, который ударился о неё с большой скоростью и под большим углом.

Или же в то время Земля была создана лишь наполовину.

Таким образом, чтобы Земля приобрела свои нынешние размеры, нужно было бы добавить еще половину Земли, говорит ван Вестренен.

По его словам, Луна образовалась из небольшого количества полностью перемешанных обломков Тейи и половины Земли, оставшихся на орбите уже сформировавшейся Земли.

Считается, что после столкновения более лёгкий силикатный материал образовал Луну, а более плотный материал сформировал Землю, которая затем опустилась вниз, образовав большое богатое железом ядро Земли.

Это по-прежнему верно, но те же самые классические модели 25-летней давности предсказывают, что большая часть силикатных пород произошла из Тейи, а не с Земли, говорит ван Вестренен.

Что могло бы обусловить то, что Луна состоит преимущественно из материала земного типа?

Чтобы столкнуться с Луной в классическом случае гигантского удара, Тейя должна удариться о Землю так называемым касательным ударом, при котором половина Тейи не коснется Земли, говорит ван Вестренен.

По его словам, одна половина врезается в бок Земли, а другая как бы пролетает мимо, а затем выходит на орбиту вокруг прото-Земли, из которой впоследствии образуется Луна.

Но в этом сценарии Луна должна состоять в основном из пород, образовавшихся в результате столкновения с астероидом Тейя. Однако геологи наблюдают совсем другое.

Тейя должна была бы возникнуть в другом месте Солнечной системы; следовательно, её химический состав отличался бы от земного.

Однако Земля и Луна по-прежнему удивительно похожи по химическому составу.

Итог?

Как образовалась Луна, до сих пор до конца не выяснено, несмотря на то, что люди ступали на ее поверхность десятилетия назад, говорит ван Вестренен.

По его словам, Луну может видеть каждый человек, но не каждый осознает, что ее формирование напрямую связано с историей нашей планеты.