Существующая теория образования Луны, основанная на столкновении Земли с другой планетой, не дает полного объяснения химическому составу спутника, поэтому специалисты рассматривают альтернативные варианты его формирования. Среди них наиболее перспективной представляется мультиимпактная гипотеза, согласно которой Луна образовалась в результате серии ударов нескольких крупных небесных объектов о Землю. Недавно группа ученых предприняла попытку смоделировать процесс такого формирования.
Наиболее распространенная гипотеза о происхождении Луны была предложена в 1975 году. Разработали ее американские астрономы Уильям Хартманн и Дональд Дэвис, которые считают, что спутник Земли образовался в результате столкновения нашей планеты с небесным объектом, сравнимым по массе с Марсом. Позднее этому гипотетическому «предка» Луны присвоили имя Тейя – в честь мифологической матери Селены.
Эта модель по-прежнему считается стандартной, однако за годы её существования возникло немало вопросов. В частности, исследование лунного грунта выявило значительное сходство между веществом Луны и Земли, включая практически идентичный изотопный состав. Исходя из этого, гипотетическая Тейя должна была быть практически копией нашей планеты, а это считают маловероятным: где бы она ни сформировалась, все равно исходный материал для нее должен был отличаться от «строительных кирпичиков» Земли, поскольку в зависимости от расстояния от Солнца состав окружающего его вещества заметно меняется.
В 2004 году Николай Горькавый, советский и российский астрофизик предложил решение этой проблемы: он выдвинул гипотезу о том, что на самом деле Луну сформировала не одна катастрофа, а целая серия столкновений молодой Земли с крупными небесными телами. По расчетам исследователя, после каждого удара вокруг нашей планеты возникал диск обломков, в котором постепенно возникал «зародыш» Луны, а потом протолуны слились в один большой спутник. Этот сценарий обеспечивает эффективное перемешивание вещества Земли и многочисленных ударников, тем самым «усредняет» состав нашей планеты и Луны.
Недавно исследователи из Бристольского университета и Имперского колледжа Лондона (Великобритания) провели работу, направленную на уточнение последовательности событий, приведших к образованию Луны. Их выводы поделились в недавней статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.org.
Ученые-астрофизики выполнили двенадцать компьютерных моделирования, демонстрирующих столкновение Земли с четырьмя небесными объектами, масса которых варьируется от 0,025 до 0,185 земной массы – что эквивалентно от одной четвертой до 1,7 массы Марса. По словам исследователей, образование подобных каменистых тел было весьма вероятно в ранний период существования Солнечной системы.
По мнению ученых, на тот момент молодая Земля характеризовалась очень высокой скоростью вращения вокруг своей оси, совершая полный оборот всего за три часа. Это приводило к тому, что центробежная сила способствовала удалению обломков, образовавшихся в результате столкновений, в окрестности планеты.
Оказалось, что после первоначального столкновения, образовавшаяся возле Земли лунная «семечка» существенно различалась по составу с составом планеты, однако с каждым последующим столкновением эта разница постепенно уменьшалась. В ходе девяти симуляций Луна в конечном итоге приобрела массу, не меньшую, чем в действительности, или даже превышающую её. Во всех моделях она формирует небольшое железное ядро, что также согласуется с результатами наблюдений.
В одном из рассмотренных сценариев, смоделировав четыре столкновения, был получен особенно примечательный результат: Луна приобрела массу, структуру ядра и изотопный состав, близкие к современным, и демонстрирующие значительное сходство с Землей. При этом, согласно данной модели, наша планета оказалась несколько менее массивной, чем существует в реальности. Авторы исследования полагают, что впоследствии Земля могла увеличить свою массу, поглощая кометы и астероиды, а также обломки образовавшиеся в результате столкновений.