Луната се роди при сблъсъка на тяло с размер на Марс и ранната Земя, но отвъд това, много за света, който виждаме в небето си всяка вечер, все още е загадка. След 61 мисии, включително шест посещения на астронавтите, които събраха проби от лунни скали, остават много въпроси, включително колко от луната е направена от останките на загубената планета и колко е открадната от Земята? Отговорът на тези въпроси би могъл да предложи свеж поглед върху еволюцията на двете небесни тела.
Свързано съдържание
- Мъртвата звезда раздробяване на скалисто тяло предлага преглед на съдбата на Земята
- Земята прави Луната изцяло топла и мека отвътре
Сега, учени във Франция и Израел са открили доказателства, че по-малкото тяло, което се е разбило в прото-Земята, вероятно е било направено от подобни неща на нашия домашен свят. Също така, според техните компютърни модели, настоящият състав на лунния материал се обяснява най-добре, ако каквото и да е ударено в началото на Земята се е образувало наблизо. Две допълнителни проучвания предполагат, че и двете тела са изградили фурнир от допълнителен материал, тъй като по-малките протопланети продължават да бомбардират младата система, но Земята е взела много повече от това по-късно покритие.
Според „хипотезата на гигантското въздействие“, Луната се е образувала преди около 4, 5 милиарда години, когато подобен на планета обект около една десета от сегашната маса на Земята се блъсна в нашата планета. Симулациите и скорошните проучвания на лунните скали предполагат, че Луната трябва да бъде направена най-вече от останките на импактора, по прякор Тея. Това би обяснило защо Луната изглежда направена от материал, който много прилича на земната мантия, както се вижда в скални проби и минерални карти.
Проблемът е, че планетите са склонни да имат различни състави. Марс, Меркурий и големи астероиди като Веста имат малко по-различни съотношения на различни елементи. Ако Тея се е образувала някъде другаде в Слънчевата система, нейният състав трябваше да е доста по-различен от този на Земята, а обемният състав на Луната не трябва да изглежда толкова подобен на земната мантия.
За да се опита да разреши главоблъсканицата, Алесандра Мастробуоно-Батисти и Хагай Перец от Израелския технологичен институт анализира данни от симулации на 40 изкуствени слънчеви системи, използвайки повече компютърна мощност, отколкото е използвана в предишната работа. Моделът израсна известните планети и хипотетичен брой планезимали и след това ги пусна в игра на космически билярд.
Симулациите предполагат, че планетите, родени по-далеч от слънцето, са склонни да имат по-високи относителни количества изотопи на кислород, въз основа на наблюдаваната химическа смес в Земята, Луната и Марс. Това означава, че всички пластезимали, които са се появили близо до Земята, трябва да имат подобни химически следи. "Ако живеят в един и същи квартал, те ще бъдат направени от приблизително същия материал", казва Перец.
Екипът установи, че много време - 20 до 40 процента - големи удари включваха сблъсъци между тела, които се образуваха на подобни разстояния от слънцето и така имат подобен състав. Описана тази седмица в Nature, произведението подкрепя интуитивната идея, че е по-малко вероятно нещо да влезе и да ви удари отдалеч, и се стига до дълъг път към обяснение на обемния състав на Луната.
Дотук добре, но това не обяснява всичко. Все още има дълъг пъзел, свързан с изобилието на елемента волфрам. Този сидерофил, или желязолюбив елемент, трябва да потъне към ядрата на планетите с течение на времето, правейки изобилието му много по-променливо в различните тела, дори ако те са се образували близо един до друг. Това е така, защото тела с различни размери ще формират ядра с различна скорост. Въпреки че ще има малко смесване от въздействието, по-голямата част от богатия на волфрамов материал на Theia мантия би била изхвърлена в орбита и включена в Луната, така че количеството волфрам в Земята и Луната трябва да бъде много различно.
В две независими проучвания, които също се появяват в Nature, Томас Крюер от университета в Мюнстер в Германия и Матьо Тубул от университета в Лион във Франция изследват съотношението на два волфрамови изотопа - волфрам-184 и волфрам-182 - в лунните скали и в Земята като цяло. Лунните скали имат малко повече волфрам-182 от Земята, съобщават екипите.
Това е интригуващо, защото този конкретен изотоп на волфрам идва от радиоактивното разпадане на изотоп на елемента хафний. Неговият полуживот е кратък, само около 9 милиона години. Така че докато желязолюбивият волфрам има тенденция да потъва към ядрото, хафниевият изотоп остава по-близо до повърхността и с течение на времето се превръща в волфрам-182. Това оставя излишък от волфрам-182 в плащ на планетата спрямо количеството волфрам-184 и други естествени изотопи.
Разликата между Земята и Луната е сравнително малка: двете проучвания я намират на ниво от 20 до 27 части на милион. Но дори тази мъничка смяна би изисквала много химически прецизни настройки, казва Kruijer, което прави малко вероятно това да е било просто случайност. "Промяната на волфрама само с един процент има драматичен ефект", казва той. "Единственото решение е, ако мантията на прото-Земята е имала подобно съдържание на волфрам-182 на Тея и сърцевината на импактора директно се е сляла с тази на Земята."
Това обаче не е вероятно. Докато голяма част от ядрото на Тея, тъй като е по-тежка от мантията си, ще остане като част от Земята, мантията ще се смеси със Земята, докато излезе в орбита. Повече смесване се случва, когато луната се натрупва. Съотношението на основния и мантийния материал на Тея, който се превръща в Луната, е случаен шанс, но трябваше да има поне някакъв основен материал, казва Крюир. Екипът на Тубул стигна до подобно заключение: Ако разликите в изобилието на волфрам се дължат на произволно смесване, тъй като вътрешностите на Тея се плъзгат наоколо със Земята, планетата и Луната трябва да бъдат още по-различни, отколкото са те.
Най-простото решение, според авторите, изглежда е хипотезата за „късен фурнир“, която предполага, че Земята и прото-луната са започнали с подобни съотношения на волфрамов изотоп. Земята, бидейки по-голяма и по-масивна, ще продължи да привлича повече пластезимали след удара, добавяйки нов материал към мантията. Фурнирът от тези планетни симали би имал повече волфрам-184 спрямо волфрам-182, докато Луната би запазила съотношението, датиращо от удара.
"Това изглежда като солидни данни", казва Фредерик Моние, космохимик и астрофизик в Института за физика на глобус де Париж, пише по имейл. „Тя се вписва в настоящата теория за къс фурнир, която просто се основава на елементарното изобилие от елементи на сидерофили (сред тях и волфрам): в сегашната земна мантия просто има твърде много сидерофилни елементи (всички те трябва да бъдат в основата) и следователно те трябва да са донесени на Земята след образуването на ядрото чрез метеоритни въздействия. "
Остава една загадка: за да може прото-луната да съответства на съотношението на волфрама на Земята, Тея и Земята трябва да са започнали с много подобни изобилия от волфрамов. Решаването на този пъзел ще бъде дело на бъдещи планетарни проучвания, но поне засега историята на лунния произход започва да изглежда малко по-ясно.
