Луна давно привлекает внимание учёных, но главная загадка её появления остаётся темой споров. Согласно наиболее признанной гипотезе, спутник возник после колоссального столкновения молодой Земли с протопланетой Тейей. Недавнее исследование, выполненное международной группой учёных, позволило уточнить происхождение вещества, из которого была сформирована Тейя. Анализ изотопов железа в лунных и земных породах показал: материал Тейи, скорее всего, родом из более внутренних областей Солнечной системы.
Учёные изучили изотопный состав железа в образцах, полученных в ходе миссий "Аполлон", а также в земных породах и метеоритах. Изотопы позволяют понять, где именно в ранней Солнечной системе формировались различные тела, поскольку их распределение зависело от удалённости от Солнца.
"Состав тела хранит всю историю его формирования, включая место его происхождения", — сказал соавтор исследования Торстен Кляйне.
Выяснилось, что Земля и Луна практически неразличимы по соотношениям изотопов железа, что согласуется с предыдущими исследованиями хрома, титана и других элементов. Но этого сходства недостаточно, чтобы точно определить состав Тейи: модели столкновения допускают множество вариантов смешения материала.
Чтобы приблизиться к ответу, исследователи пошли по пути "обратного планетостроения". Учитывая современные данные о составе земных и лунных пород, они рассчитали возможные параметры ранней Земли и Тейи.
В работе изучались изотопы не только железа, но также хрома, молибдена и циркония — их распределение помогает проследить различные этапы формирования планет. Например, молибден и часть железа погрузились в ядро молодой Земли, поэтому их нынешнее присутствие в мантии свидетельствует о позднем поступлении — вероятно, с Тейей.
Цирконий же позволяет отслеживать историю планеты от самых ранних стадий. Сопоставление всех данных позволило исключить ряд нереалистичных моделей и выделить наиболее вероятный сценарий.
Учёные сравнили изотопные характеристики с известными типами метеоритов — природными "архивами" разных областей Солнечной системы. Для Земли такая корреляция прослеживается, но для Тейи — нет. Это означает, что при её формировании мог быть задействован материал, который не представлен среди известных нам метеоритных классов.
"Наиболее убедительным сценарием является то, что большинство строительных блоков Земли и Тейи возникло во внутренней части Солнечной системы", — сказал соавтор исследования Тимо Хопп.
Авторы работы пришли к выводу, что Тейя сформировалась ближе к Солнцу, чем наша планета. Это объясняет её изотопные особенности и помогает понять, почему состав Луны так близок к земному, хотя происхождение вещества двух тел могло частично отличаться.
| Гипотеза | Сильные стороны | Слабые стороны |
| Классическое гигантское столкновение | Объясняет массу Луны и её орбиту | Требует специфического состава Тейи |
| Модели сильного смешения | Учитывают изотопную похожесть Земли и Луны | Сложнее описать структуру мантии Земли |
| Модели "супергорячей" Юной Земли | Позволяют объединить несколько сценариев | Требуют экстремальных условий в ранней истории |
Отбор и анализ изотопов в образцах пород.
Сопоставление данных с метеоритами, представляющими различные зоны Солнечной системы.
Моделирование процессов формирования планетных ядер и мантии.
Просчёт возможных сценариев столкновений.
Сравнение моделей с существующими геохимическими доказательствами.
Некоторые исследователи предполагают, что Тейя могла быть не полноценной протопланетой, а скоплением планетезималей или объектом с необычным составом. Тогда Луна стала бы "слепком" процессов смешения вещества, происходивших в ранней внутренней Солнечной системе.
| Плюсы | Минусы |
| Современные изотопные методы позволяют исследовать состав с высокой точностью | Не все элементы доступны для прямого анализа |
| Модели учитывают широкий спектр данных | Многочисленные сценарии затрудняют однозначные выводы |
| Возможность реконструировать процессы миллиардолетней давности | Некоторые процессы невозможно воспроизвести в экспериментальных условиях |
Почему Луна так похожа на Землю по составу?
Из-за сильного смешения материала в момент столкновения или общего происхождения с Тейей.
Как изучают породы Луны?
Через лабораторный анализ образцов миссий "Аполлон" и автоматических станций.
Сколько стоит анализ изотопов?
Стоимость зависит от оборудования; современные масс-спектрометры — многомиллионные установки.
Миф: Луна — фрагмент земной коры.
Правда: она состоит из смеси вещества Тейи и Земли.
Миф: Тейя была большой планетой.
Правда: её масса могла быть сопоставима с Марсом — но меньше Земли.
Миф: все данные о Луне получены из миссий "Аполлон".
Правда: современные методы анализа метеоритов и моделирования также играют ключевую роль.
Ранняя Земля сформировалась около 4,5 млрд лет назад.
Вскоре после этого произошло столкновение с Тейей.
Материал выбросился на орбиту и образовал диск, из которого возникла Луна.
Со временем исследования изотопов уточнили происхождение этого материала.