Как се е образувала Луната – ново изследване

Как Земята е получила своята естествен спътник е дълго обсъждан въпрос. Популярната теория за удара – която гласи, че Луната се е образувала от сблъсъка между ранната Земя и скалисто тяло, наречено Тея, е преобладаваща сред обясненията. Но подробностите около това как точно се е случило всичко, са размити и има много неща, на които учените все още не могат да дадат отговор.

Сега ново проучване, публикувано в Nature Geoscience, хвърля светлина върху това, което всъщност се е случило, като решава една от най-големите мистерии около удара – защо Луната в крайна сметка е почти идентична по състав със Земята, а не с Тея, ако приемем, че тя е съществувала.

Според теорията за гигантския удар, Тея е била тяло приблизително с размерите на Марс или е имала половината от диаметъра на Земята. Тея се разбива в развиващата се Земя преди 4,5 милиарда години. Този сблъсък произвежда достатъчно топлина, за да създаде океани от магма и да изхвърли много отломки в орбита около Земята, които впоследствие се сливат и образуват Луната.

Теорията обяснява начина и скоростта, с които Земята и Луната се въртят една около друга. Те са добре „заключени“, което означава, че Луната винаги показва една и съща страна към Земята, когато се върти около нея. Ето защо беше такова постижение, когато през 2019 г. китайците кацнаха със своя космически кораб Chang’e 4 от далечната страна на Луната – директните комуникации с тази страна никога не са възможни от Земята.

Луната и Земята са почти еднакви по състав. Разликите са, че Луната има по-малко желязо и по-малко от по-леките елементи, като водород, които са необходими за наличието на вода. Теорията за гигантския удар обяснява защо това е така. Желязото от тежките елементи би останало след удара в по-голямата си част на Земята. А топлината, произведена по време на удара би изхвърлила в космоса по-леките елементи, докато останалата част от материала на Земята и Тея би се смесила.

Компютърните модели възпроизвеждат събитията, довели до образуването на Луната. Моделите, които най-добре отговарят на всички наблюдения, предполагат, че Луната трябва да бъде съставена приблизително 80% от материала, произхождащ от Тея. Така че защо Луната вместо това подозрително прилича по състав на Земята?

Едно от обясненията е, че Тея и ранната Земя трябва да са имали идентичен състав. Това обаче изглежда малко вероятно, защото всяка от планетите в Слънчевата система има свой уникален състав, с леки разлики, отразяващи разстоянието от Слънцето, където се е образувало съответното тяло.

Друго обяснение е, че смесването на двете тела е било много по-задълбочено, отколкото се е мислело първоначално, оставяйки по-малко ясен подпис на Тея в Луната. Но това също е малко вероятно, тъй като то би изисквало много по-голямо въздействие (много по мащабен удар)от това, което действително се е случило.

Новото проучване разрешава тази дилема, като показва, че Земята и Луната не са толкова сходни по състав, както се смяташе досега. Изследователите разглеждат с много висока точност разпределението на изотопите на елемента кислород в парченцата скали, върнати от Луната от астронавтите на Аполо. В химията атомното ядро на всеки елемент се състои от частици, известни като протони и неутрони; изотопите на един елемент от Луната имат същия брой протони в ядрото като земната версия, но различен брой неутрони. В този случай изотопът на кислорода O-18, който има осем протона и десет неутрона, е малко по-тежък от много по-разпространения О-16, имащ осем протона и осем неутрона.

Изследването показва, че има малка разлика между Земята и Луната в състава на кислородния изотоп – профилите им не са идентични в края на краищата. Нещо повече, разликата се увеличава, когато се анализират скали от лунната мантия, която е слой под повърхността, където има по-леки кислородни изотопи в сравнение с тези на Земята. Това е важно защото повърхността е мястото, където смесените отломки биха попаднали, докато в по-дълбоката вътрешност щеше да има повече късове от Тея.

Значи Тея и Земята не са били идентични по състав и Луната и Земята също не са еднакви. Но резултатите също ни показват малко повече за самата Тея.

Поради гравитацията може да се очаква наличието на повече от по-тежките изотопи в телата образували се по-близо до Слънцето. В сравнение със Земята, Тея сигурно е имала повече от по-леките кислородни изотопи, което предполага, че тя се е образувала по-далеч от Слънцето, отколкото Земята.

С резултатите от това проучване теорията за гигантския удар получи нова подкрепа и начинът на образуване на Луната стана по-ясен. В същото време научихме малко повече и за самата Тея.