Учені з'ясували походження Місяця

Близько 4,5 млрд років тому з молодою Землею зіткнулося велике небесне тіло - протопланета Тейя. Цей удар змінив розмір і орбіту нашої планети та призвів до народження Місяця. Але звідки прилетіла Тейя, якою була її природа і чим вона відрізнялася від Землі, досі залишалося незрозумілим.

Нова робота міжнародної команди під керівництвом Інституту Макса Планка дослідження Сонячної системи і Чиказького університету пропонує відповідь: Тейя, судячи з усього, сформувалася у внутрішній частині Сонячної системи і була "сусідкою" Землі по орбіті.

Вчені виходили з того, що склад небесного тіла зберігає в собі історію його формування, включно з областю народження. Особливу роль відіграють співвідношення ізотопів - різновидів одного і того ж елемента з різним числом нейтронів у ядрі. У ранній Сонячній системі ізотопи розподілялися нерівномірно: ближче до Сонця їхні пропорції відрізнялися від тих, що характерні для зовнішніх областей.

Команда виміряла з безпрецедентною точністю співвідношення ізотопів заліза в породах Землі та Місяця. Для цього вони досліджували 15 земних зразків і шість місячних, доставлених астронавтами місій "Аполлон". Результат підтвердив попередні дані щодо хрому, кальцію, титану і цирконію: за ізотопним складом Земля і Місяць практично не відрізняються.

Однак одна схожість ще не говорить прямо, якою була Тейя: можливі різні сценарії - від Місяця, майже повністю складеного з речовини Тейї, до варіантів, де суміш порід Землі і Тейї тісно перемішана.

Щоб обійти цю невизначеність, дослідники пішли шляхом "зворотного інжинірингу" планет. Знаючи кінцевий результат - збігаються ізотопні пропорції в земних і місячних породах, - вони прорахували, якими могли бути склад і розміри Тейї і ранньої Землі, щоб у підсумку дійти до спостережуваної картини.

Вони розглянули не тільки залізо, а й ізотопи хрому, молібдену і цирконію, які "записують" різні етапи формування планети. Ще до зіткнення з Тейєю всередині молодої Землі відбувався процес поділу на ядро і мантію: залізо і молібден ішли в металеве ядро, тоді як, наприклад, цирконій залишався в силікатній мантії і фіксував більш ранню історію зростання планети. Залізо, яке сьогодні є в мантії Землі, за розрахунками, повинно було надійти вже після утворення ядра - зокрема разом із Тейєю.

Зіставивши всі ці дані, вчені перебрали безліч математично можливих комбінацій складу ранньої Землі і Тейї - і відкинули ті, що не узгоджуються зі спостереженнями.

Найбільш переконливий сценарій, за словами провідного автора роботи Тімо Хоппа, такий: основна частина будівельного матеріалу і Землі, і Тейї походила з внутрішньої частини Сонячної системи. Іншими словами, ці тіла формувалися на близьких орбітах - були сусідами.

Склад ранньої Землі добре описується сумішшю відомих класів метеоритів, які вважаються уламками стародавніх тіл із різних зон протопланетного диска. А ось для Тейї простої комбінації з уже відомих метеоритних "рецептів" не вистачає. Моделювання показує, що в її складі, ймовірно, була речовина, що сформувалася ще ближче до Сонця, ніж орбіта Землі.

Це означає, що Тейя могла народитися у внутрішній частині системи, мігрувати до орбіти Землі і в підсумку зіткнутися з нею, породивши Місяць.