Луна могла сформироваться как единое тело за 5 часов после столкновения Земли с Тейей — новое исследование

Примерно 4,5 миллиарда лет назад молодая Земля столкнулась с протопланетой размером с Марс, известной как Тейя. Согласно доминирующей в планетологии гипотезе, этот катаклизм привел к образованию системы Земля-Луна. Однако точный сценарий столкновения, динамика разлета обломков и их состав до сих пор остаются предметом жарких споров среди ученых. Новое исследование, проведенное Юго-западным исследовательским институтом (SwRI) совместно с учеными Университета Аризоны, поставило под сомнение классическую теорию долгого рождения Луны. Современные вычислительные алгоритмы показали: естественный спутник Земли мог сформироваться в единый монолитный объект всего за 5 часов после столкновения молодой прото-Земли с другой планетой. Результаты научной работы представлены в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Ключевое отличие нового подхода заключается в учете прочностных свойств материалов сталкивающихся планет. Предшествующие модели, включая основополагающую работу 2001 года, выполненную доктором Робином Канупом (ныне вице-президентом SwRI) и доктором Эриком Асфаугом (соавтором текущего исследования, профессором Университета Аризоны), рассматривали сталкивающиеся тела как практически жидкие, полагая, что прочность материала незначительна для событий такой высокой энергии. Современные вычислительные методы, примененные командой под руководством доктора Адины Дентон (ранее стипендиата программы NASA Postdoctoral Program, ныне постдокторанта SwRI), впервые позволили включить в симуляции температурно-зависимую геологическую прочность.

Как выяснили планетологи, именно внутреннее состояние сталкивающихся объектов сыграло решающую роль в рождении спутника. По словам доктора Дентон, моделирование древней Земли и протопланеты Тейи (размером с Марс) с учетом их реальной геологии полностью меняет понимание катастрофы — хотя раньше эти детали считались второстепенными. Ключевым фактором оказалась температура: раскаленные породы теряют прочность и легко деформируются, тогда как холодные ведут себя гораздо жестче. Компьютерные расчеты показали два возможных сценария в зависимости от исходного нагрева тел. В первом случае участники столкновения полностью разрушаются, порождая гигантское кольцо из обломков, из которого Луна формируется постепенно. Во втором — при определенном температурном балансе — почти готовый спутник собирается из выброшенного вещества стремительно, буквально за пять часов. «Как только мы задали базовые условия и детально повторили внутренний тепловой профиль обоих космических объектов, симуляция показала неожиданный результат: готовая Луна возникла буквально за 5 часов», — подчеркнула ведущий автор исследования.

Хотя отдельные симуляции ранее демонстрировали возможность быстрого формирования целой Луны, данная работа впервые показывает, что прочность материала и температура играют центральную роль в определении того, возникнет ли спутник сразу как единое тело или будет собран из материала протолунарного диска. Это открытие устанавливает новую связь между временем гигантского столкновения и начальным состоянием Луны. Поскольку протопланеты изначально горячие и остывают с возрастом, температура тел в момент удара может служить индикатором времени события.

Как отметила независимый эксперт, планетолог Робин Кануп, проделанная работа указывает на важную закономерность: нынешний физико-химический облик Луны — в частности, концентрация легко испаряющихся (летучих) веществ — напрямую зависит от того, насколько были раскалены молодая Земля и протопланета Тейя в момент их колоссального столкновения. Понимание этих температурных условий, по мнению исследовательницы, позволит астрофизикам намного точнее определить дату рождения нашего спутника.

Новые данные могут также пролить свет на некоторые загадочные характеристики Луны, включая особенности ее состава. При этом объяснение близкого химического сходства Земли и Луны остается открытым научным вопросом. Одна из возможных гипотез состоит в том, что Тейя и протоземля сформировались из общего региона протопланетного диска, тогда как Марс, имеющий отличный состав, образовался дальше. Исследование демонстрирует, как развитие вычислительных методов и более детальный учет физических параметров позволяют уточнять сценарии ключевых событий в истории Солнечной системы.

Источник: nih.gov