Также новое исследование указывает на то, что Луна не утратила воду и другие легкие элементы на этапе формирования. Это ставит под вопрос гипотезу Тейи.
Ученых давно занимают вопросы о том, как вода появилась на Земле и Луне. Это связано с тем, что поверхность обоих этих небесных тел в первые десятилетия (или даже сотни миллионов) лет своего формирования, вероятно, была подвержена сильному нагреву, что могло привести к испарению воды.
На Земле после этого вода, вероятно, перешла бы в верхние слои атмосферы, где под воздействием ультрафиолетового излучения разделилась бы на водород и кислород. Водород, будучи легким газом, улетучился бы, лишив планету воды. Что касается Луны, обладающей гравитацией в шесть раз слабее, то водяной пар мог бы покинуть ее и до того, как произойдет расщепление на водород и кислород.
Несмотря на это, поверхность Земли изобилует водой, а на Луне, хотя ее и меньше, она вовсе не так дефицитна, как считалось в XX веке. Обнаруженные запасы приполярных льдов уже оцениваются в сто миллиардов тонн. Кроме того, вода присутствует в лунных базальтах, то есть во внутренних породах спутника. Естественно возникает вопрос: каковым было происхождение этого вещества? Традиционно считалось, что изначально и Земля, и Луна были лишены воды, но затем богатые ею астероиды и кометы доставили ее на эти космические объекты, что и создало условия для развития жизни на Земле.
Чтобы оценить работоспособность подобных концепций, ученые из США и Германии решили проследить, как менялся состав других, более летучих элементов на Земле и Луне в процессе их эволюции. Для этого, в своей работе в PNAS, обратившись к рубидию — щелочному металлу, температура кипения которого составляет 688 °C, они продолжили свои исследования. Этот элемент обладает средней степенью летучести, однако, его ядро подвержено распаду с течением времени (полураспад — 49,23 миллиарда лет), что приводит к образованию стронция-87 — вещества, практически не обладающего летучестью.
Содержание рубидия в породе напрямую связано с общим количеством летучих компонентов. Анализ содержания стронция-87 в древних породах позволяет определить, сколько рубидия они содержали изначально и как сильно потеряли его с течением времени. В качестве материала для исследования выбирались наиболее древние образцы горных пород Земли и Луны, включая те, что образовались более четырех миллиардов лет назад.
Анализ показал, что содержание рубидия-87 в горных породах как Луны, так и Земли изначально было незначительным, что говорит о сравнительной бедности этих тел летучими элементами и соединениями с момента их образования, включая воду. Значимым является тот факт, что соотношение рубидия и стронция указывает на то, что в течение всей своей истории ни Земля, ни ее спутник не обогащались летучими веществами, в частности водой.
Согласно теоретическим расчетам, вода могла быть доставлена на Землю с небесными телами, содержащими лед, но не рубидий. Тем не менее, анализ образцов метеоритов и астероидов, а также данные о составе комет не выявили тел, одновременно богатых водой и бедных рубидием.
По сути, ни Земля, ни Луна не могли получить значительные запасы воды из комет или астероидов: практически вся вода в системе Земля-Луна присутствовала с момента их образования.
Авторы исследования полагают, что удар Тейи – гипотетической планеты – по Земле стал причиной формирования Луны. Эта гипотеза подвергается критике со стороны ряда российских и израильских ученых, однако в США, где она и была выдвинута, сохраняет свою популярность. В новой публикации авторы утверждают, что состав Тейи, вероятно, был схож с составом Земли и Луны, характеризуясь низким содержанием летучих веществ.
Необходимо подчеркнуть, что данная работа является логичным продолжением недавнего исследование китайских и российских ученых, которым удалось показать, что вода на поверхности нашей планеты появилась из ныне «вымершего» соединения, удерживавшего воду в ядре древней Земли, но затем постепенно распавшегося, после чего содержавшаяся в нем вода поднялась с вулканическими газами вверх и внесла основной вклад в гидросферу. Подобный подход органично объясняет происхождение земной воды без массированной кометно-астероидной доставки внеземного водного льда, невозможность которой теперь показали исследователи из США и Германии.
Предложенная гипотеза также ставит под сомнение теорию Тейи. Поскольку, согласно выводам авторов, большая часть воды на Луне присутствовала в составе спутника с момента его формирования, крайне сложно представить, чтобы она образовалась в результате гигантского столкновения Земли и Тейи.
Столкновение такого рода высвободило бы огромное количество энергии, достаточное для нагрева всего материала, выбитого Тейей из Земли (и Землей из Тейи). Однако раскалённые фрагменты пород, из которых впоследствии образовалась Луна, вероятно, потеряли бы содержащуюся в них воду. Несмотря на это, в лунных породах вода присутствует. Пояснить это в рамках сценария мегаимпакта с Тейей довольно сложно. О том, как на самом деле возникла Луна и почему этот процесс обошёлся без Тейи и «обезвоживания» пород Селены, Naked Science писал здесь.