Земля испарилась, Луна появилась

Исследование изотопов калия, найденных в породах Луны и Земли, позволило сделать вывод о происхождении нашего естественного спутника. В рамках совместного проекта «Сноба» и ROOM мы публикуем перевод статьи

Фото: NASA
Фото: NASA
+T -
Поделиться:

К концу ХХ века большинство исследователей были согласны, что Луна возникла благодаря столкновению Земли с объектом значительных размеров, врезавшимся в нее лоб в лоб или по касательной. Оставшиеся от столкновения обломки и образовали наш спутник. Теория гигантского столкновения стала основополагающей гипотезой о возникновении Луны. Эта гипотеза объяснила, в частности, относительные размеры Луны и Земли, а также скорости их вращения.

Однако в 2001 году были получены данные, ставящие эту теорию под сомнение. Исследователи сравнили лунные горные породы, полученные в ходе экспедиции Apollo 1970-х годов, и породы с Земли. Оказалось, что у пород планеты и спутника почти одинаковый изотопный состав. Модели, однако, свидетельствуют, что если наш спутник возник в результате столкновения Земли с другим небесным телом, его состав должен быть на 60–80% идентичен составу врезавшегося космического тела, а вовсе не нашей планеты.  Вероятность того, что у врезавшегося объекта точно такой же изотопный состав, как у Земли, ничтожна.

«Следовало переосмыслить теорию гигантского столкновения, — рассказывает Кунь Ван, доцент Вашингтонского университета Земли и планетарных наук в Сент-Луисе. — Целью нашего исследования было объяснить, как Луна приобрела схожий с земным изотопный состав. Существует много новых моделей, объясняющих этот факт, но две из них наиболее успешны».

Первая теория предполагает сравнительно небольшое столкновение, в результате которого прото-Земля и Луна остаются заключенными в общую силикатную атмосферу (тогда изотопный состав горных пород будет просто соответствовать составу этой атмосферы). Вторая модель предполагает большее по силе столкновение и иные последствия. По этому сценарию в результате столкновения прото-Земли и другого космического тела из-за огромных температур произошло испарение твердых пород и того, и другого. В результате такого столкновения и испарения Земля образовала жидкий диск, из которого и кристаллизовалась Луна.

В обоих вариантах соотношение изотопов калия на Луне и на Земле оказалось бы схожим, однако эти гипотезы все же предсказывают небольшие различия изотопного состава. Для выбора между гипотезами следовало измерить соотношение изотопов калия с довольно высокой точностью, которая ранее была недоступна. Эту задачу и разрешили Кунь Ван и его коллега из Гарвардского университета профессор Стейн Якобсен: исследователи разработали новый метод, позволяющий повысить точность измерений в десять раз.

Работа дала первые экспериментальные свидетельства, позволяющие наконец-то сделать выбор в пользу одной из гипотез.

Данные опровергли модель формирования Луны в силикатной атмосфере, поскольку тогда в горных породах с Луны содержалось бы чуть меньше тяжелого изотопа калия, чем в породах с Земли. Исследователи же продемонстрировали обратное: лунные породы оказались слегка обогащенными тяжелым изотопом по сравнению с земными. Это именно тот результат, который предсказывала модель большого столкновения. Таким образом, вторая модель, по которой Луна образовалась благодаря испарению, подтвердилась.

Перевод публикуется в рамках совместного проекта «Сноба» и ROOM