Луна хранит следы трёх катастроф: серия ударов объясняет загадочное сходство с Землёй

Новое моделирование происхождения Луны предложило альтернативное объяснение её формирования, которое может снять противоречия, накопившиеся вокруг классической теории гигантского удара. Исследование показывает, что наш спутник мог появиться не в результате одного мощного столкновения, а вследствие серии ударов, происходивших на раннем этапе истории Земли. Такой подход лучше объясняет наблюдаемое сходство состава Луны и Земли. Об этом сообщает телеканал "Наука".

Почему теория гигантского удара оказалась неполной

Каноническая версия, доминировавшая в научном сообществе десятилетиями, предполагает, что Луна образовалась после столкновения молодой Земли с гипотетической планетой Тейей. В результате удар выбросил огромные массы вещества, которые со временем объединились в спутник. В эпоху формирования Солнечной системы подобные катастрофы были частыми, и модель выглядела вероятной. Однако одно несоответствие заставляло искать новые объяснения: химический состав Земли и Луны оказался настолько схожим, что это плохо согласуется с идеей участия Тейи в формировании спутника.

"Это серьезная проблема для канонической модели", — отмечает планетолог Филип Картер из Бристольского университета.

Если бы Луна действительно объединила земной и тейский материал, их изотопные соотношения вряд ли совпадали бы почти полностью. Именно этот "химический след" заставляет пересматривать прежние подходы и искать альтернативные сценарии, в которых состав Луны определяется преимущественно веществом Земли.

Новые расчёты британских специалистов показали, что серия ударов по Земле могла бы объяснить и сильное сходство состава, и образование спутника, не прибегая к идее единственного столкновения планетарного масштаба.

Как серия ударов могла породить Луну

Согласно моделированию, опубликованному в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ранняя Земля пережила несколько крупных столкновений — три или более. Каждый удар выбрасывал на орбиту облака материала, образуя "мини-луны". Эти зародыши не оставались стабильными: гравитация заставляла их постепенно сближаться, сталкиваться и объединяться, формируя единственный спутник.

"Они должны притягиваться и сталкиваться друг с другом, — объясняет Картер. — Маловероятно, что в итоге возникла бы стабильная система из нескольких крупных лунных зародышей".

Ранее предполагалось, что множественные столкновения возможны, но требовали до двадцати отдельных ударов. Новое моделирование показывает, что вполне может хватить всего трёх событий, чтобы создать достаточно материала для спутника — вывод, который согласуется с результатами исследований в области космической динамики.

"Три столкновения выбросят на орбиту достаточно вещества, чтобы сформировать полноценную Луну", — говорит Картер.

Такой сценарий лучше согласуется с данными о составе Земли и Луны, поскольку многократные удары "усредняют" состав участников столкновений.

Этой позиции придерживается и планетолог Роберт Ситрон из Юго-Западного исследовательского института в Колорадо. Он отмечает, что меньшее число столкновений снижает риск потери уже образовавшихся зародышей Луны, что делает модель динамически стабильнее.

"Когда ударов много, мы как бы усредняем состав этих ударников", — поясняет он.

Почему Луне требуется особая история формирования

Система Земля-Луна выделяется среди других планетарных систем. Масса Луны по отношению к Земле уникально велика, в отличие от маленьких спутников Марса или многочисленных, но относительно лёгких спутников газовых гигантов. Поэтому происхождение Луны представляет особый интерес: механизм её появления должен объяснять и её крупные размеры, и состав.

Ситрон подчёркивает, что для проверки новой гипотезы нужны более сложные модели, которые учтут динамику движения и перераспределение выброшенного вещества. Слияние нескольких зародышей Луны требует точного описания их орбитальной эволюции, что остаётся сложной задачей даже для современных суперкомпьютеров.

"Детально рассчитать все по-прежнему крайне сложно. Лично я склоняюсь к модели множественных столкновений больше, чем к канонической версии с одним гигантским ударом", — резюмирует Картер.

Сравнение конкурирующих гипотез происхождения Луны

Научное сообщество рассматривает несколько сценариев, и каждый объясняет часть наблюдаемых данных. Сравнение показывает:

• модель гигантского удара хорошо описывает динамику выброса вещества, но плохо объясняет сходство состава;
• версия множественных столкновений лучше согласуется с изотопными данными;
• многоступенчатое формирование Луны может объяснить её размеры относительно Земли.

Такой подход позволяет видеть в новой гипотезе эволюцию прежней модели, а не её отрицание.

Плюсы и минусы гипотезы множественных столкновений

Новая модель имеет ряд преимуществ, но остаётся сложной для полной проверки.

К преимуществам относятся:

• более точное объяснение изотопного сходства Луны и Земли;
• реалистичность условий ранней Солнечной системы, где частые столкновения были нормой;
• возможность объединить динамические и химические данные в единую модель.

К минусам относится:

• высокая вычислительная сложность моделирования;
• неопределённость количества и параметров реальных столкновений;
• необходимость построения более подробных симуляций с учётом распределения энергии ударов — вывод, который перекликается с исследованиями, изучающими риски лунной среды.

Советы для понимания теорий формирования Луны

Чтобы лучше ориентироваться в моделях происхождения спутника, специалисты советуют обращать внимание на несколько факторов:

• учитывать как химический состав объектов, так и их динамическое поведение;
• сравнивать данные моделирования с реальными наблюдениями и образцами лунных пород;
• рассматривать теории как дополняющие друг друга, поскольку окончательный механизм может быть комбинированным.

Такой подход помогает избежать упрощённого понимания сложных процессов, происходивших 4,5 миллиарда лет назад.

Популярные вопросы о происхождении Луны

1. Почему теория гигантского удара перестала считаться исчерпывающей?
   Потому что она плохо объясняет сходство изотопного состава Луны и Земли.

2. Сколько столкновений могло породить Луну?
   Новое моделирование показывает, что достаточно трёх крупных ударов.

3. Почему важны сложные модели?
   Они позволяют учитывать реальную динамику выброса вещества и поведение зародышей Луны.