Астрономия

Господствующая версия возникновения Луны после столкновения Земли с неизвестной планетой не вполне объясняет состав вещества спутника, поэтому ученые ищут другие возможные сценарии его формирования. Одной из самых интересных считают мультиимпактную гипотезу: по ней, Луну породил не один, а несколько ударов крупных небесных тел по Земле. Недавно команда исследователей попыталась рассчитать, как именно это могло произойти.

Самая популярная на сегодня гипотеза возникновения Луны появилась в 1975 году. Ее авторами стали американские астрономы Уильям Хартманн и Дональд Дэвис. Они предположили, что естественный спутник Земли возник после ее столкновения с небесным телом массой примерно как Марс. Впоследствии этой гипотетической «родительнице» Луны дали имя Тейя — в честь мифической матери Селены.

Эта версия остается общепринятой, но за прошедшие десятилетия к ней накопилось много вопросов. Например, анализ лунного грунта показывает, что вещество Луны и Земли очень похоже, даже почти идентично по изотопному составу. Для этого гипотетическая Тейя должна быть практически копией нашей планеты, а это считают маловероятным: где бы она ни сформировалась, все равно исходный материал для нее должен был отличаться от «строительных кирпичиков» Земли, поскольку в зависимости от расстояния от Солнца состав окружающего его вещества заметно меняется.

В 2004 году советский и российский астрофизик Николай Горькавый предложил решение этой проблемы: он выдвинул гипотезу о том, что на самом деле Луну сформировала не одна катастрофа, а целая серия столкновений молодой Земли с крупными небесными телами. По расчетам исследователя, после каждого удара вокруг нашей планеты возникал диск обломков, в котором постепенно возникал «зародыш» Луны, а потом протолуны слились в один большой спутник. Этот сценарий обеспечивает эффективное перемешивание вещества Земли и многочисленных ударников, тем самым «усредняет» состав нашей планеты и Луны.

Недавно команда ученых из Бристольского университета и Имперского колледжа Лондона (Великобритания) попыталась уточнить самую вероятную хронологию событий, которые привели к появлению Луны. Результатами они поделились в недавней статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.org.

Астрофизики провели 12 компьютерных симуляций столкновения Земли с четырьмя небесными телами массой от 0,025 до 0,185 земной. Это примерно от четверти до 1,7 массы Марса. Как объяснили исследователи, формирование таких каменистых объектов в начале истории Солнечной системы вероятнее всего.

Они также предположили, что еще растущая Земля тогда очень быстро вращалась вокруг своей оси — один оборот совершала всего за три часа: благодаря этому центробежная сила должна была облегчать выброс обломков столкновений в околоземное пространство.

Выяснилось, что после первого удара состав возникшей возле Земли лунной «семечки» еще сильно отличался от состава планеты, но с каждым новым столкновением эта разница действительно становилась все меньше. В девяти симуляциях Луна в итоге получила массу как минимум такую же, как в реальности, или еще больше. При этом во всех сценариях она приобретает небольшое железное ядро, что тоже соответствует наблюдениям.

Один из вариантов показал особенно впечатляющий результат четырех столкновений: Луна приобрела точно свою современную массу, нынешнее ядро и сильное изотопное сходство с Землей. Правда, сама наша планета в этом сценарии получилась немного «легче», чем она есть на самом деле. Впрочем, по мнению авторов научной работы, Земля могла позднее добрать массу за счет множества падавших комет и астероидов либо, опять же, за счет обломков столкновений.