Луна оказалась «оторванным куском» мантии Земли

Луна преимущественно состоит из пород мантии древней Земли, "оторвавшихся" от нашей планеты в ходе ее столкновения с Тейей, прародительницей Луны, что говорит о том, что почти вся Земля была "фактически испарена", говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Наша работа стала первым намеком на то, что столкновение прото-Земли и Тейи действительно по большей части испарило планету. Замеры изотопов, которые мы провели, обладают максимальной точности, и им не удалось показать, что доли элементов в материи Земли и Луны различаются", — заявил Кун Ван (Kun Wang) из Гарвардского университета (США).

Загадка рождения Луны

Последние 30 лет было принято считать, что Луна образовалась в результате столкновения Тейи, протопланетного тела, с "зародышем" Земли. Столкновение привело к выбросу материи Тейи и прото-Земли в космос, из этой материи и сформировалась Луна. Теория столкновения прото-Земли с крупным небесным телом хорошо объясняет массу Луны, малое содержание железа на ней и прочие параметры.

Однако при таком столкновении значительную часть материала, составляющего Луну, должна была принести гипотетическая Тейя. По своему составу она должна была отличаться от Земли, как отличается от нее большинство небесных тел внутренней области Солнечной системы, которая включает планеты земной группы и астероиды. Но на самом деле состав Земли и Луны очень похож, вплоть до одинаковых долей изотопов многих металлов и прочих элементов.

Как рассказывает Ван, есть две главных версии этого "космического ДТП" – лобовое столкновение, в ходе которого Тейя пробила мантию Земли и полностью расплавилась, выбив большое количество пород с нашей планеты, и относительно слабое столкновение по касательной, в результате которого будущая Луна сформировалась по большей части из пород Тейи.

Большинство планетологов считают правильной вторую версию, так как подобный сценарий необходим для того, чтобы объяснить, почему в лунных породах содержится мало железа и почему Луна удаляется, а не сближается с Землей, как это делают Фобос и Марс.

Изотопный ключ

В январе 2016 года по этой теории был нанесен сильный удар – химики проанализировали доли изотопов кислорода в образцах лунного грунта с "Аполлонов" и не нашли различий с показателями Земли, которые должны были быть совершенно иными, если бы Луна родилась таким образом.

Ван и его коллега Стайн Якобсен (Stein Jacobsen) нашли еще один аргумент против этой теории и аргумент в пользу идеи "лобового столкновения", измерив доли изотопов другого элемента – калия – в породах Земли и Луны.

На Земле и Луне, как объясняют ученые, присутствует два изотопа этого элемента – калий-39 и калий-41. Их соотношение было задано во время рождения Солнечной системы, и изменить его почти невозможно, кроме как путем полного испарения и осаждения пород, в которых они содержатся. Поэтому, если Луна родилась из обломков Тейи и верхних слоев Земли, то доли калия-39 и калия-41 в ее породах и в породах Земли будут одинаковыми.

Измерив доли калия-41 и калия-39 в семи разных образцах лунного грунта, доставленных на Землю экспедициями "Аполлон"-11, 12, 14 и 16, Ван и Якобсен обнаружили, что калия-41 в них на 0,04% больше, чем в породах Земли и примитивных астероидов-хондритов, которые считаются сегодня ближайшим аналогом первичной материи Солнечной системы.

Как могла возникнуть такая разница? Как считают авторы открытия, подобная картина могла сложиться только в том случае, если Луна родилась в результате испарения больших количеств материи земной мантии в космос,  расплавленной падением Тейи, "утонувшей" в глубины Земли.

Когда породы "бывшей Земли" начали охлаждаться и превращаться в Луну, относительно более "легкий" калий-39 более активно улетучивался из них в космос, чем более "тяжелый" калий-41, в результате чего и возникли эти различия в долях изотопов. Прочие несостыковки в долях изотопов других элементов в породах Луны и Земли, по мнению Вана и Якобсена, могли возникнуть таким же образом.