Луна родилась в результате столкновения тела размером с Марс и ранней Земли, но помимо этого многое о мире, который мы видим в небе каждый вечер, до сих пор остается загадкой. После 61 миссии, включая шесть визитов астронавтов, которые собрали образцы лунных камней, остается много вопросов, в том числе, сколько луны было получено из остатков этой потерянной планеты и сколько было украдено с Земли? Ответы на эти вопросы могут дать новое представление об эволюции обоих небесных тел.
Связанный контент
- Мертвая Звезда, Измельчающая Каменистое Тело Предлагает Предварительный просмотр Судьбы Земли
- Земля делает Луну теплой и мягкой внутри
Теперь ученые во Франции и Израиле нашли доказательства того, что меньшее тело, врезавшееся в прото-Землю, вероятно, было сделано из материала, подобного нашему домашнему миру. Кроме того, согласно их компьютерным моделям, текущий состав лунного материала лучше всего объясняется, если что-то, что попадало в раннюю Землю, образовалось поблизости. Два дополнительных исследования предполагают, что оба тела затем создали облицовку из дополнительного материала, поскольку меньшие протопланеты продолжали бомбардировать молодую систему, но Земля получила гораздо больше этого более позднего покрытия.
Согласно «гипотезе о гигантском воздействии», Луна образовалась около 4, 5 миллиардов лет назад, когда планетоподобный объект, составляющий около одной десятой текущей массы Земли, врезался в нашу планету. Моделирование и недавние исследования лунных пород показывают, что луна должна быть в основном сделана из останков импактора по прозвищу Тея. Это объясняет, почему Луна, кажется, сделана из материала, который очень похож на мантию Земли, как видно на образцах горных пород и картах минералов.
Проблема в том, что планеты имеют разные составы. Марс, Меркурий и большие астероиды, такие как Веста, имеют несколько разные соотношения различных элементов. Если бы Тейя была сформирована где-то еще в Солнечной системе, ее состав должен был бы сильно отличаться от состава Земли, и основной состав Луны не должен был бы быть похожим на мантию Земли.
Чтобы решить эту проблему, Алессандра Мастробуоно-Баттисти и Хагай Перец из Израильского технологического института проанализировали данные моделирования 40 искусственных солнечных систем, применяя больше вычислительной мощности, чем использовалось в предыдущей работе. Модель вырастила известные планеты и гипотетическое число планетезималей, а затем позволила им проиграть в игре в космический бильярд.
Моделирование предполагает, что планеты, рожденные дальше от Солнца, имеют тенденцию иметь более высокое относительное содержание изотопов кислорода, основываясь на наблюдаемой химической смеси на Земле, Луне и Марсе. Это означает, что у любых планетезималей, которые появились рядом с Землей, должны быть похожие химические следы. «Если они живут в одном районе, они будут сделаны примерно из одного материала», - говорит Перец.
Команда обнаружила, что большую часть времени - от 20 до 40 процентов - сильные удары включали столкновения между телами, которые образовались на одинаковых расстояниях от солнца и, следовательно, имели одинаковый макияж. Описанная на этой неделе в « Природе», эта работа подтверждает интуитивную идею о том, что маловероятно, что что-то приплывет и ударит вас издалека, и это в значительной степени объясняет общий состав луны.
Пока все хорошо, но это не все объясняет. Есть еще затяжная загадка, связанная с обилием вольфрама. Этот сидерофильный, или железо-любящий, элемент должен со временем опускаться к ядрам планет, делая его изобилие гораздо более изменчивым в разных телах, даже если они образовались близко друг к другу. Это потому, что тела разных размеров будут формировать ядра с разной скоростью. В то время как воздействие будет немного смешанным, большая часть мантии Тейи, богатой вольфрамом, была бы выброшена на орбиту и включена в луну, поэтому количество вольфрама на Земле и на Луне должно быть очень разным.
В двух независимых исследованиях, также появляющихся в Природе, Томас Круйер из Университета Мюнстера в Германии и Матье Тубул из Университета Лиона во Франции изучили соотношение двух изотопов вольфрама - вольфрама-184 и вольфрама-182 - в лунных породах и на Земле. в целом. Команды сообщают, что в лунных камнях немного больше вольфрама-182, чем на Земле.
Это интригует, потому что этот конкретный изотоп вольфрама происходит от радиоактивного распада изотопа элемента гафния. Его период полураспада короткий, всего около 9 миллионов лет. Таким образом, в то время как железолюбивый вольфрам имеет тенденцию опускаться к ядру, изотоп гафния остается ближе к поверхности и со временем превращается в вольфрам-182. Это оставляет избыток вольфрама-182 в мантии планеты по сравнению с количеством вольфрама-184 и других природных изотопов.
Разница между Землей и Луной относительно невелика: два исследования находят ее на уровне от 20 до 27 частей на миллион. Но даже этот крошечный сдвиг потребует большой химической настройки, говорит Крюйер, что делает маловероятным, чтобы это был просто шанс. «Изменение вольфрама только на процент или около того имеет драматический эффект», - говорит он. «Единственное решение заключается в том, что в мантии прото-Земли содержание вольфрама-182 было таким же, как у Тейи, и ядро импактора непосредственно слилось с земным».
Это не вероятно, однако. В то время как большая часть ядра Теи, более тяжелая, чем его мантия, останется частью Земли, мантия будет смешиваться с ядром Земли, когда она вылетит на орбиту. Больше смешивания происходит по мере того, как луна нарастает. Доля материала ядра и мантии Тейи, превращенного в луну, является случайной случайностью, но, по словам Кройджера, должен был быть, по крайней мере, некоторый материал ядра. Команда Тубула пришла к аналогичному выводу: если различия в содержании вольфрама происходили из-за случайного перемешивания, когда внутренности Тейи текли вокруг Земли, планета и луна должны были бы быть еще более разными, чем они.
Авторы говорят, что самым простым решением является гипотеза «позднего шпона», которая предполагает, что Земля и протолуны начинали с одинакового отношения изотопов вольфрама. Земля, будучи больше и массивнее, будет продолжать привлекать больше планетезималей после удара, добавляя новый материал в мантию. Шпон из этих планетезималей имел бы больше вольфрама-184 по сравнению с вольфрамом-182, в то время как луна сохранила бы соотношение, которое датировалось ударом.
«Это похоже на достоверные данные», - говорит по электронной почте Фредерик Мойнье, космохимик и астрофизик из Института физики мира в Париже. «Это согласуется с современной теорией позднего шпона, которая просто основана на элементном изобилии сидерофильных элементов (среди них вольфрама): просто слишком много сидерофильных элементов в мантии современной Земли (все они должны быть в ядре) и поэтому они должны были быть доставлены на Землю после образования керна в результате воздействия метеоритов ".
Остается одна загадка: для того, чтобы протолуна соответствовала соотношению вольфрама Земли, Тея и Земля, должно быть, начали с очень похожего содержания вольфрама. Решение этой загадки станет задачей будущих исследований планет, но, по крайней мере, на данный момент, история лунного происхождения начинает выглядеть немного яснее.
