Недавнее компьютерное моделирование указывает на возможность формирования Луны в сценарии, отличающемся от общепринятой классической теории. Согласно новым расчетам, после массивного столкновения молодой Земли с небесным телом размером, сопоставимым с Марсом, Луна могла сформироваться не путем постепенной аккреции из обломков, а сразу, в виде уже сложившегося объекта. Предполагается, что появление такого спутника могло произойти всего через несколько часов после столкновения.

Доминирующая гипотеза о происхождении Луны утверждает, что приблизительно 4,5 миллиарда лет назад Земля подверглась удару со стороны крупного объекта, известного как Тейя. В результате этого столкновения значительное количество вещества было выброшено на околоземную орбиту, образовав диск из раскалённых обломков, которые впоследствии постепенно объединились в Луну.

Многие предшествующие компьютерные симуляции демонстрировали схожий ход событий. Тем не менее, в этих расчётах зачастую игнорировался фактор прочности материала сталкивающихся планет. При столкновении планетарного масштаба этот аспект обычно признавался второстепенным, поскольку огромная энергия удара должна была привести к полному разрушению геологических образований обоих небесных тел.

Адин Дентон, сотрудник SwRI, и его соавторы провели проверку этой гипотезы, используя современные методы компьютерного моделирования. Впервые при моделировании формирования Луны они учли температурную зависимость прочности горных пород и другие геологические характеристики сталкивающихся тел.

Оказалось, что это существенно меняет результат.

Прочность материала зависит от температуры: нагретые породы значительно менее устойчивы к деформации и разрушению по сравнению с холодными, что существенно влияет на исход столкновения. Таким образом, результат гигантского удара определяется не только массой, скоростью и углом столкновения, но и температурой как Земли, так и Тейи непосредственно перед катастрофическим событием.

В ряде моделей горячие планеты практически полностью распадались в момент соударения. Материал Тейи и Земли распространялся вокруг нашей планеты, образуя обширный протолунный диск. Впоследствии из этого диска Луна должна была постепенно сформироваться.

Однако при иных температурных условиях картина могла оказаться совершенно иной. Часть вещества Тейи могла пережить столкновение в виде достаточно крупного и плотного фрагмента, который оказался бы на орбите Земли. Это привело бы к формированию практически полноценной Луны, а не диска материала, из которого ей ещё предстояло сложиться.

Особый интерес представляет один из проведенных расчетов. В процессе моделирования ученые опирались на параметры, аналогичные тем, что использовались в ранних симуляциях гигантского столкновения, включая идентичные температурные градиенты внутри Земли и Тейи. Согласно полученным результатам, при таких условиях уже приблизительно через пять часов после удара формировалась структура, напоминающая Луну.

Следовательно, скорость образования спутника могла быть обусловлена тепловым состоянием планет в момент столкновения. Это устанавливает взаимосвязь между двумя ранее рассматриваемыми обособленно вопросами: когда именно произошло гигантское столкновение и какими были характеристики Луны сразу после ее формирования.

Компьютерное моделирование также способно пролить свет на некоторые характеристики современной Луны. Если спутник образовался непосредственно из относительно крупного сохранившегося фрагмента Тейи, его первоначальный химический состав и концентрация летучих веществ могли значительно отличаться от сценария постепенного формирования из вещества протолунного диска.

Робин Кануп, один из авторов основополагающего исследования 2001 года, посвященного гигантскому столкновению, и вице-президент SwRI, не принимавшая участия в текущей работе, подчеркнула, что полученные данные указывают на потенциальную взаимосвязь между современными физическими свойствами Луны и тепловым режимом Земли и Тейи во время столкновения. Подобная корреляция может способствовать более точному определению времени образования Луны.

Тем не менее, новая модель не решает одну из ключевых проблем лунной теории: почему химический и изотопный состав Земли и Луны демонстрируют столь высокую степень близости. Одним из вероятных объяснений является то, что Земля и Тейя образовались в одном и том же районе протопланетного диска, тогда как Марс сформировался на большем удалении от Солнца и, соответственно, обладает иным химическим составом.

Как отметил Дентон, Землю и Тейю уместно рассматривать как родных братьев или сестер, в то время как взаимоотношения между Землей и Луной больше напоминают связь разнояйцевых близнецов: они демонстрируют сходство, но не обязательно образовались из идентичного сырья.

Исследователи акцентируют внимание на том, что полученные данные не служат неоспоримым доказательством формирования Луны в результате столкновения, произошедшего всего через пять часов после удара. Они лишь указывают на физическую реализуемость подобного сценария при соблюдении определенных температурных параметров и геологических характеристик сталкивающихся объектов. Новое исследование расширяет спектр гипотез о происхождении Луны и подчеркивает, что прочность вещества не следует автоматически исключать из моделей планетарных столкновений.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.