Согласно наиболее распространенной гипотезе, Луна образовалась в результате столкновения Земли с гипотетической планетой Тейя. Однако возникает вопрос: если это так, то естественный спутник Земли должен был бы состоять преимущественно из вещества, отличного от земного. Это должно было бы быть очевидно при сопоставлении лунного грунта и земных пород, поскольку у них должно было наблюдаться существенное различие в соотношении изотопов различных химических элементов. Недавно космохимики провели анализ четырнадцати лунных образцов и подтвердили наличие давней проблемы: изотопный состав этих образцов практически не отличается от земного. Они попытались объяснить это странное сходство и выдвинули интересное объяснение.
После того, как лунный грунт был доставлен на Землю астронавтами программы «Аполлон» и советскими автоматическими станциями, ученые столкнулись с необъяснимым явлением: состав Луны оказался удивительно схож с земным. Для сравнения образцов пород нашей планеты и внеземных используют соотношение изотопов – разновидностей атомов одного и того же химического элемента. Обычно, у разных небесных тел эти соотношения отличаются и служат важным идентификатором. Наблюдаемое сходство изотопного состава Луны и Земли получило название «изотопный кризис.
Дело в том, что оно идет вразрез или, по крайней мере, слабо коррелирует с преобладающей (впрочем, давно оспариваемой) согласно одной из версий происхождения Луны, вскоре после формирования Земля пережила столкновение с планетой, которая, вероятно, была сопоставима по размеру с Марсом. Этому небесному телу дали поэтическое имя Тейя — в честь мифической матери богини Луны Селены.
В результате столкновения в космос было выброшено значительное количество вещества, из которого впоследствии образовалась Луна. Ученые-планетологи утверждают, что в этом сценарии Луна должна была бы на 70% состоять из фрагментов Тейи, а Земля – лишь на 10%. Это должно было проявляться в различии в изотопном составе, однако на практике такой разницы не наблюдается.
Недавно это было подтверждено учеными из Германии статье для издания Proceedings of the National Academy of Sciences они поделились результатами анализа 14 образцов лунного грунта, собранных во время миссий «Аполлон-11», «Аполлон-12», «Аполлон-15», «Аполлон-16» и «Аполлон-17». Таким образом, это материал из широкого разнообразия мест на лунной поверхности. Его сравнивали почти с двумя сотнями образцов земных пород, по большей части мантийных, то есть поднятых из глубин нашей планеты.
Исследователи проводили сравнение содержания одного из стабильных изотопов кислорода, который встречается в космосе и в земной природе в относительно небольших количествах, однако в внеземном веществе его концентрация обычно выше – кислорода-17. Для справки, число указывает на количество протонов и нейтронов в атомном ядре. Полученные результаты показали, что соотношение кислорода-17 в лунных и земных образцах практически идентично.
Космохимики ранее предлагали три объяснения этой проблемы: Тейя могла иметь изотопный состав, идентичный земному, вещество двух планет могло перемешаться в результате столкновения настолько сильно и равномерно, или же Луна образовалась исключительно из материала, выброшенного из земной мантии. Третий вариант представляется наиболее обоснованным для германских ученых.
Действительно, для реализации подобного сценария Тейя должна была обладать весьма специфическими характеристиками: она должна была представлять собой «голое» металлическое ядро планеты, то есть до столкновения с Землей по какой-то причине потерять свою мантию. В таком случае, этот массивный и плотный болид практически целиком погрузился бы в более податливые недра Земли, а в космос было бы выброшено земное вещество.
Анализ изотопного состава кислорода в лунных и земных образцах позволил ученым сделать еще один вывод: формирование Мирового океана на Земле маловероятно произошло в результате кометной бомбардировки. Во всяком случае, до появления Луны планета уже имела водные ресурсы, а формирование Луны, по предварительным оценкам, произошло через сто-две сотни миллионов лет после образования Солнечной системы. Если бы Землю впоследствии обрушился поток комет, то на Луне их количество было бы незначительным, а поскольку изотопный состав воды комет отличается от земной, соотношение кислородных изотопов на Земле и Луне, вероятно, было бы иным.