Луна появилась... всего за пять часов: новое исследование угрожает всем старым теориям

Свежая компьютерная модель, опубликованная в научном журнале Astrophysical Journal Letters, показала, что Луна рождалась вовсе не миллионы лет. Напротив, она появилась на свет… всего через несколько часов после космической катастрофы. Причем наш естественный спутник был сразу цельным телом.


Американские ученые пришли к такому выводу, добавив в расчеты параметр, который до этого игнорировали практически все исследователи. Теперь новая модель может кардинально разрушить старые теории. Но почему же классическая картина рождения Луны держалась так долго и что именно заставило ученых усомниться в привычных сценариях?

Жидкость или камень?

В течение многих лет научное сообщество опиралось на гипотезу, согласно которой примерно 4,5 миллиарда лет назад в Землю врезался объект марсианского калибра — Тейя. Удар был столь сокрушительным, что бóльшая часть пришельца испарялась и рассеивалась, формируя вокруг нашей планеты раскаленный шлейф из газа и пыли. Из этого облака, остывая и слипаясь, постепенно образовалась Луна. Когда-то эта модель показалась ученым настолько убедительной, что все последующие работы в этом направлении лишь уточняли детали данной теории, но вообще не трогали ее основы.



Но группа исследователей во главе с Адином Дентоном из Юго-Западного исследовательского института и университета Аризоны обнаружили маленькую, но очень важную деталь, которую ученые до этого просто игнорировали. Дело в том, что все прежние теории считали, что в момент удара Земля и Тейя вели себя как жидкости. Их прочность вообще не учитывалась, так как предполагалось, что при чудовищных температурах любая порода все равно теряет жесткость.

В оправдание ученых можно сказать, что раньше ЭВМ были слабые и не могли рассчитать этот параметр. Но сейчас с вычислительными мощностями все в порядке, поэтому можно моделировать материалы, у которых прочность меняется при нагреве. И это уже не постоянная, а переменная величина.

Кстати, подход с меняющейся прочностью уже успел показать свою работоспособность. Астрофизики использовали его при моделировании астероидных столкновений и когда изучали, как сформировалась система Плутон-Харон. Но для Луны подобные уточнения раньше никто не применял всерьез, считая эффект незначительным.

Температура решает все

Звучит избито, но результат действительно превзошел все ожидания. Оказалось, что прочность играет решающую роль, и игнорировать ее никак нельзя. Горячие планетарные тела ведут себя гораздо слабее: их структура легко разрушается при ударе, и вещество разлетается во все стороны, формируя протяженный диск.



Холодные же объекты, наоборот, демонстрируют упругость и сохраняют свою целостность даже при мощнейшем столкновении. Эта, казалось бы, простая разница в исходных условиях ведет к совершенно разным сценариям развития событий.

Ученые на компьютере просчитали разные варианты с разными исходными данными. В некоторых расчетах взяли условия как в классических моделях гигантского столкновения, но добавили зависимость прочности от температуры. Оказалось, что при определенном сочетании температуры и прочности результат сильно отличается от привычной модели с диском.

Когда исследователи задавали высокую начальную температуру, все шло по давно известному пути. Тейя разрушалась практически полностью, удар выбрасывал гигантское количество расплавленного вещества, и вокруг Земли формировался массивный диск из обломков. Из этого диска Луна должна была собираться постепенно, в течение многих тысяч или даже миллионов лет. Такой вариант не противоречил старым представлениям и не вызывал удивления.

Но стоило понизить температуру сталкивающихся тел, как картина менялась кардинально. Более холодные и, следовательно, более прочные породы не разлетались в прах. Значительная часть вещества Тейи выдерживала удар и оставалась единой структурой. Эта сохранившаяся масса не уходила в бесконечный орбитальный дрейф, а превращалась в спутник невероятно быстро. В одной из симуляций потребовалось всего около пяти часов, чтобы компьютер показал готовую Луну на орбите Земли.

Оба сценария реальны

Таким образом, в распоряжении ученых оказались два альтернативных сценария. Первый — классический, с долгим формированием из диска. Второй — молниеносный, где Луна появляется практически сразу после удара.



Причем оба варианта являются физически возможными и зависят исключительно от того, насколько горячими были Земля и Тейя в момент их роковой встречи. Этот вывод стал настоящей революцией в планетологии, поскольку раньше никто не рассматривал возможность столь быстрого образования столь крупного небесного тела.

Полученные данные также позволяют по-новому взглянуть на хронологию событий. Ранние протопланеты сразу после своего формирования остаются чрезвычайно раскаленными и лишь со временем остывают. Если столкновение Земли и Тейи произошло рано, когда обе планеты были еще горячими, то итогом стал бы привычный диск и медленная сборка Луны.
Если же катастрофа случилась позже, когда тела уже успели остыть, то возрастает вероятность, что сразу был крупный фрагмент, а спутник родился буквально на глазах.

Открытый финал

Между тем основной парадокс катастрофического столкновения никуда не делся. Состав земных и лунных пород демонстрирует поразительное сходство, которое трудно объяснить, если считать, что столкнулись две независимо возникшие планеты.

Если бы Тейя являлась посторонним телом, то ее вещество должно было оставить отчетливый химический след в Луне, делая ее заметно отличной от Земли. Но этого не происходит. Одно из возможных объяснений гласит, что Земля и Тейя когда-то образовались совсем рядом, а потому у низ был идентичный изотопный состав.

Новая модель, предложенная Дентоном, не решает эту проблему полностью. Однако она добавляет еще один важный параметр в уравнение, которое ученым предстоит решить, чтобы восстановить первые часы существования системы Земля — Луна. А значит, история нашего спутника, несмотря на все открытия, продолжает оставаться одной из самых интригующих страниц в летописи Солнечной системы.