Образование Луны остаётся загадкой. Несмотря на обширные исследования её пород и проведения экспериментов с орбиты и поверхности спутника, группа международных учёных выдвинула неожиданный вывод, который может опровергнуть популярную гипотезу.
Луна — необычный спутник. Её диаметр стандартный, но масса равна 1,2 процента массы Земли, что делает её самым большим относительно своей планеты спутником в Солнечной системе. Структура Луны также вызывает вопросы: маленькое железное ядро составляет до четырех процентов массы всего небесного тела. К примеру, на ядро Земли приходится более 30 процентов её массы. Ещё одна особенность — естественный спутник вращается вокруг планеты слишком быстро. История образования Луны должна объяснить все эти отклонения от нормы.
Общая плотность Луны близка к плотности земной мантии, а по изотопному составу темные лунные породы напоминают вулканические земные. Эти сходства стали причиной гипотезы о возникновении Луны вследствие столкновения Земли с огромным телом. Из материи планеты, выброшенной на орбиту, со временем образовался спутник. Такой же вывод подтвердили исследования эволюции движения системы «Земля — Луна».
Основной недостаток гипотезы о столкновении состоит в том, что при таком развитии событий Луна формируется преимущественно из материала чужеродного тела, а не Земли, как показывают компьютерные модели. Стремясь объяснить сходство состава спутника и планеты, учёные предложили схожие гипотезы, основанные всё ещё на столкновении. Так, согласно одной из них, объект выбросил материю из Земли и улетел, согласно другой — две «полу-Земли» столкнулись, полноценно перемешались и образовали Землю и Луну.
Международная группа учёных из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Рочестерского университета провела анализ результатов геохимических и геофизических исследований Луны для определения наиболее вероятных сценариев её формирования. выложена в открытый доступ на сайте arXiv.
Новый геофизический анализ указывает на то, что ядро Луны с радиусом 300 ± 20 километров составляет около 0,8-1,5 процента массы спутника. Такой состав «сердцевины» ставит ограничения на элементы ядра и других слоёв. Если вся остальная Луна по составу напоминает верхнюю мантию Земли, то ядро должно быть чрезвычайно плотным (примерно 7,8 тысячи килограммов на кубический метр) и состоять почти исключительно из сплава железа и никеля. В случае если в составе Луны больше оксидов железа, чем в земной мантии, то ядро не должно быть таким плотным и может содержать значительное количество других элементов.
В данный момент отсутствуют сейсмические данные о структуре Луны глубже 1,1 тысяч километров (радиус спутника — 1,7 тысячи километров). Возможно, эту информацию получит миссия. Lunar Geophysical Network (пока не утверждена) или чувствительные сейсмометры Farside Seismic Suiteпредназначенные для размещения на поверхности спутника в ходе этой программы CLPS (NASA).
В новой научной работе авторы определили относительное содержание 70 элементов в мантии и коре Луны. По результатам исследования, Земля и Луна образовались из одной материи – в одной части протопланетного диска, без примесей от гипотетического импактора. Спутник сформировался около 4,5 миллиардов лет назад из вещества, где летучих веществ уже почти не осталось.
Для выяснения истории образования различных лунных слоев требуется изучить породы, преимущественно мантийные, собранные в районах, удалённых от посадочных площадок существующих аппаратов. Чанъэ-6» (Китай) и лунохода Endurance (концепт, NASA).
Проблему отсутствия примесей решают сценарии очень сильного столкновения и перемешивания вещества импактора и прародителя Земли. Авторы нового исследования отмечают, что поведение материи в таких экстремальных условиях пока не до конца изучено и не внедрено в численные модели подобных событий. Соотношение элементов и их изотопов в Луне не могло образоваться при высокой температуре, которая неизбежна при мощном столкновении с перемешиванием вещества.
На Луне нет признаков столкновения Земли с Тейей, предполагаемой формирующейся планетой. В результате такого события либо не произошло, либо материя нашей планеты идеально смешалась с материей Тейи до естественного формирования спутника. Ученые подытожили: «На данный момент модель гигантского столкновения — наихудшая модель формирования Луны из тех, что у нас есть, если не считать все остальные, которые неоднократно пытались доказать».