Новая работа указывает на то, что Луна сохранила воду и другие лёгкие элементы с момента своего формирования.
Ученые долго изучают вопрос о происхождении воды на Земле и Луне. Дело в том, что поверхность обоих небесных тел в первые десятки (а то и сотни) миллионов лет их существования могла быть сильно нагретой до уровня, при котором вода должна была испариться.
Если бы вода на Земле попала в верхние слои атмосферы после этого события, ультрафиолет разложил бы ее на водород и кислород. Легкий водород ушел бы с планеты, оставив ее безводной. Луна, обладающая в шесть раз более слабой гравитацией, могла бы потерять водяной пар даже до расщепления его на составляющие элементы.
Несмотря на это, поверхность Земли изобилует водой. На Луне её меньше, чем на нашей планете, однако не так мало, как считалось в XX веке. Только обнаруженных запасов приполярных льдов — сто миллиардов тонн. Кроме того, вода содержится в лунных базальтах, то есть и во внутренних породах спутника. Возникает естественный вопрос: откуда взялась вода? Часто на него отвечали так: Земля и Луна изначально были безводными, но затем богатые водой астероиды и кометы принесли её на эти небесные тела, сделав возможной земную жизнь.
Для проверки таких концепций американские и немецкие ученые решили проследитьИзучали, как менялось количество остальных достаточно лёгких элементов на Земле и Луне за историю этих небесных тел. работе в PNASОбратившись к рубидию — щелочному металлу с температурой кипения 688 °C, учёные заметили: это средний по летучести элемент, но со временем (полураспад — 49,23 миллиарда лет) ядро его атома испытывает распад, в результате которого образуется стронций-87 — практически вовсе нелетучий элемент.
Связь между содержанием рубидия в горных породах и общим количеством летучих элементов в них прямо пропорциональна. Сравнивая количество стронция-87 в разных древних породах, можно определить первоначальное содержание в них рубидия и его потерю за историю пород. Для анализа использовали самые древние образцы пород Земли и Луны, в том числе возрастом старше четырех миллиардов лет.
С самого начала количество рубидия-87 в породах Луны и Земли было относительно малым, значит эти тела с момента образования были сравнительно бедны летучими элементами и соединениями всех типов, включая воду. Рубидий-стронциевое соотношение показывает, что на протяжении всей истории ни Земля, ни ее спутник не получали больших количеств летучих элементов, в том числе воды.
Теоретически могло показаться, что вода прибыла с небесными телами, падающими на Землю, где находился лёд, но отсутствовал рубидий. Но имеющиеся образцы метеоритов и астероидов, а также данные о составе комет не обнаруживают среди них тел, богатых водой, но бедных рубидием.
В итоге, как Земля, так и Луна не смогли получить значительные объемы воды из комет или астероидов: практически вся вода в системе Земля — Луна присутствовала с момента образования этих тел.
Авторы утверждают, что планета Тейя ударилась по Земле, образовав Луну. Эта гипотеза подвергается критике российскими и израильскими учеными, но остаётся популярной в США, где и родилась. В новой статье делают вывод о том, что и Тейя по составу должна была быть похожа на Землю и Луну бедностью летучими элементами.
Важно подчеркнуть, что данная работа гармонично расширяет предыдущее. исследованиеУченые из Китая и России обнаружили, что вода на Земле образовалась из вещества, которое в древности удерживало ее в ядре планеты, а затем распалось. Вода, содержавшаяся в этом веществе, поднялась с вулканическими газами и стала основой гидросферы. Такой подход объясняет происхождение земной воды без массового приноса внеземного льда из комет и астероидов, что теперь доказали исследователи из США и Германии.
Гипотеза о происхождении лунной воды создаёт новые проблемы для гипотезы Тейи. Если, как утверждают авторы, большая часть лунной воды была частью спутника с момента его образования, то возникновение её в результате мегастолкновения Земли и Тейи крайне маловероятно.
Такое столкновение было бы невероятно энергичным, непременно раскалив весь материал, выбитый из Земли (и Землей из Тейи). Однако раскаленные фрагменты породы, из которых образовалась Луна, неизбежно потеряли бы содержащуюся в них воду. Тем не менее, вода присутствует в лунных породах. Объяснить это в сценарии мегаимпакта с Тейей практически невозможно. Naked Science писал о том, как на самом деле возникла Луна и почему этот процесс обошелся без Тейи и «обезвоживания» пород Селены. здесь.