Наблюдаемое количество кратеров на Луне не позволяет объяснить ее формирование в древности одновременно с Землей. Анализ лунных пород также демонстрирует значительную разницу в их возрасте – от 4,35 до 4,51 миллиарда лет. В результате недавнего исследования ученые обнаружили объяснение этим противоречиям и установили, что Луна имеет больший возраст, чем предполагалось ранее.
Наиболее распространенная гипотеза о происхождении Луны предполагает, что спутник образовался в результате столкновения Земли с протопланетой Тейей, имевшей размер, сопоставимый с Марсом. Данная теория подвергается все большим сомнениям, появляются альтернативные сценарии. К счастью, появляется все больше информации, позволяющей подтверждать или опровергать различные гипотезы. Для установления приблизительной «даты» возможного столкновения ученые изучают кристаллизовавшиеся горные породы, образовавшиеся из первичного магматического океана Луны.
Результаты анализа лунных пород и включений отличаются. Согласно оценкам, возраст многих образцов составляет 4,35 миллиарда лет, однако обнаружены включения, возраст которых достигает 4,51 миллиарда лет. На текущем этапе исследований ученые отдают предпочтение анализу пород, поддерживая предположение о более позднем формировании спутника, хотя гипотеза о молодой Луне сталкивается с рядом серьезных трудностей.
Подавляющее число компьютерных моделей, описывающих процессы формирования планет, указывают на то, что спутник, подобный Луне, должен был образоваться на более ранних этапах. Компьютерное моделирование тепловой эволюции подобных тел демонстрирует, что магматический океан остывал достаточно медленно. Кроме того, существует вопрос относительно «древних» включений, датируемых 4,51 миллиардом лет.
Принимая во внимание, что Луна образовалась 4,51 миллиарда лет назад, возникает вопрос, почему на её поверхности так много более молодых геологических формаций. Одна из гипотез предполагает, что столкновение, приведшее к образованию бассейна Южный полюс — Эйткен, вызвало полное переплавление лунного тела, однако эта версия не находит поддержки в результатах компьютерного моделирования.
Согласно новому исследованию, авторы предлагают альтернативную гипотезу о причинах приливного разогрева Луны, датируемого примерно 4,35 миллиарда лет назад. Согласно этой гипотезе, переплавление магмы не было вызвано ни образованием спутника, ни столкновением небесных тел. Результаты опубликованы в журнале Nature.
На протяжении эволюции орбита Луны, вращающейся вокруг Земли, претерпевала значительные изменения. Согласно данным компьютерного моделирования, спутник, вероятно, образовался на расстоянии, достигающем четырех радиусов Земли, в то время как в настоящее время он находится в среднем на удалении 60 радиусов. Изменяя свое положение, Луна влияла на соотношение сил притяжения Земли и Солнца, что приводило к приливому нагреву и расплавлению магмы спутника.
Авторы исследования полагают, что в ходе этого длительного периода приливного нагрева мантия Луны неоднократно подвергалась переплавке. Однако, масштабный океан магмы не сформировался. Расплавленная магма локально плавилась и извергалась наружу, как на Ио, спутнике Юпитера.
Предположение о приливном нагреве позволяет объяснить относительно небольшой возраст горных пород, наличие древних включений и небольшое количество кратеров на поверхности. В настоящее время на поверхности нашего спутника насчитывается приблизительно 50 ударных бассейнов, образовавшихся в результате столкновений, однако их должно быть гораздо больше. По мнению ученых, в районе Земли после исчезновения протопланетного диска оставалось порядка 400 тысяч планетезималей диаметром более 10 километров.