Столкновение Земли с гипотетической планетой Тейей, вероятно, образовало Луну совсем не так, как полагали раньше: мощнейший удар испарил большую часть твёрдых пород нашей планеты, резко раздув её в размерах, и именно из внешних слоёв этого пара возник наш естественный спутник.

Американские учёные разработали новую методику определения концентрации изотопов калия и на её основе создали экзотическую теорию образования Луны, ранее никогда не рассматривавшуюся научным сообществом. Соответствующая статья опубликована в журнале Nature.

C 1970-х годов принято считать, что Луна образовалась, когда 4,5 миллиарда лет назад гипотетическая планета размером с Марс (Тейя) ударила в прото-Землю. Однако последние 15 лет ряд данных плохо стыкуется с этой идеей. Почти любая модель такого столкновения показывает, что Луна не менее чем на 60 процентов должна образоваться из Тейи. Но анализ состава лунного грунта — как советского, так и американского — указал на то, что там то же соотношение изотопов кислорода, что и на Земле. Известно также, что химический состав планет, образовавшихся в разных регионах Солнечной системы, должен различаться. Американские марсоходы фиксируют, что изотопный состав для Марса совсем не такой, как для Земли.

Общепринятая модель формирования Луны.

Чтобы объяснить это противоречие, в 2015 году была предложена новая модель, согласно которой столкновение тел было "лобовым" и настолько мощным, что основная часть обеих планет от нагрева испарилась. Горные породы стали газом, однако его температура была так высока, что вместо силикатной атмосферы над ядром планеты возник сплошной покров силикатной сверхкритической жидкости. Так называют состояние вещества, когда температура и давление в нём выше критической точки. Из-за этого ему одновременно присущи свойства как газа, так и жидкости. Например, сверхкритическая жидкость легко проникает сквозь препятствия как газ, но при этом растворяет твёрдые тела, как жидкость.

В такой среде материя Тейи и прото-Земли могла быстро смешаться и стать химически однородной за короткое время. У гипотезы было два основных недостатка. Во-первых, если это было так, её, на первый взгляд, было невозможно ни опровергнуть, ни убедительно доказать. Ведь состав Земли и Луны тогда был бы одинаковым. Во-вторых, сценарий получался слишком экзотическим. Он требовал испарения основной части нашей планеты после удара и её увеличения в объёме в 500 раз. Диаметр планеты тогда мог достигать 100 000 километров (почти как у Сатурна). Это примерно в восемь раз больше, чем сегодня, и больше похоже на газовую планету-гиганта, чем на известную нам Землю.

Однако теперь учёные из США, создав более точный метод анализа для изотопов калия, установили, что в лунных породах калия-41 чуть больше, чем в земных (на 4 десятитысячных доли). Единственный сценарий, который может корректно объяснить такое различие, — разная скорость конденсации калия-41 из облака горячего пара. Внешние слои вздувшейся после удара прото-Земли оказались бы в десятках тысячах километров от её центра и начали охлаждаться раньше. По мере остывания более тяжёлый калий-41 осаждался во внешних слоях интенсивнее, чем во внутренних. Поскольку внешние слои позже стали Луной, а внутренние стали нынешней Землёй, на спутнике калия-41 естественным образом оказалось чуть больше, чем на нашей планете.

Если бы этот процесс шёл в вакууме, он дал бы большую разницу по концентрации калия-41. Поскольку различия всё же довольно малы, расчёты показывают, что конденсация калия-41 в веществе будущей Луны шла при давлении в 10 атмосфер. Это довольно большая величина, которая указывает на то, что гипотеза испарения прото-Земли после столкновения с Тейей, скорее всего, верна. Как ни трудно было бы это себе представить сегодня, в районе формирования будущей Луны существовала сверхкритическая жидкость из испарившихся твёрдых пород нашей планеты. Со временем она постепенно кристаллизировалась в породы современной Луны. А остальные "излишки" вещества осели обратно на нашу планету, образовав её внешние слои.

Тейя – гипотетическая планета, возникшая, согласно теории гигантского столкновения, 4,6 млрд лет назад (вместе с другими планетами Солнечной системы). Считается, что ее столкновение с Землей привело к образованию Луны. Предположительно, Тейя также двигалась по земной орбите, но в какой-то момент под влиянием гравитационных сил Земли и Солнца перешла на хаотическую орбиту, приблизилась к нашей планете на критическое расстояние и буквально врезалась в нее.
Поскольку столкновение произошло почти по касательной и на относительно низкой скорости, то большая часть вещества ударившегося небесного тела и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков и сформировалась Луна, которая начала обращаться по круговому пути. Наша же планета в результате столкновения получила резкий прирост скорости вращения и заметный наклон оси вращения. Компьютерное моделирование показало возможность осуществления такого сценария, в этом случае Луна приобрела свою сферическую форму в течение одной сотни лет после гигантского столкновения.
Версия гигантского столкновения хорошо объясняет повышенное значение углового момента системы «Земля – Луна», а также более низкое содержание железа в нашем спутнике, поскольку предполагается, что соударение произошло уже после образования ядра Земли. Правда, доказать, что уже 4,5 млрд лет назад на планете выделилось тяжелое железное ядро и образовалась силикатная мантия, в настоящее время невозможно. В целом данная теория не противоречит практически всем известным сведениям о химическом составе и строении Луны. Единственная фундаментальная проблема – это обедненность естественного спутника Земли летучими элементами.
В эпоху американских лунных экспедиций 1960-1970-х годов на нашу планету были доставлены образцы лунного грунта, по которым изучались геохимические свойства спутника. Однако некоторые подробности этого геохимического анализа поставили под сомнение гипотезу столкновения Земли с протопланетой. При химическом исследовании образцов не было обнаружено ни летучих соединений, ни каких-либо легких элементов.

Считается, что все они были просто выпарены при чрезвычайно сильном нагреве, сопутствовавшем образованию этих пород. Но в соответствии с версией столкновения Луна сформировалась в результате выброса расплавленного вещества на околоземную орбиту. И даже если полагать, что часть этого вещества могла в данный момент улетучиться, все же при испарении легкий изотоп всегда опережает тяжелый, значит, остаточное вещество должно было обогатиться тяжелым изотопом того элемента, который был утрачен. В то же время никаких следов изотопного фракционирования летучих элементов не было обнаружено в лунной субстанции. Кроме того, по мнению ученого из Эймсовского центра НАСА Джека Дж. Лиссауэра, большая часть вещества, выброшенного при столкновении с протопланетой, должна была бы упасть обратно на Землю. Он полагал:
«Процесс аккреции вещества в «лунном диске»«, образовавшемся после удара, не мог происходить с большой эффективностью. Для формирования Луны на орбиту должно было быть выброшено гораздо большее количество материала и на большее расстояние от Земли, чем ранее считалось». Еще одно немаловажное обстоятельство – идентичность соотношения изотопов кислорода в земных и лунных породах, что, как уже отмечалось выше, свидетельствует о формировании Луны и Земли на одинаковом расстоянии от Солнца. Как это вписывается в общепризнанную теорию столкновения? Ведь в этом случае планета размером с Марс должна была бы двигаться по одной орбите с Землей и существовать в таком состоянии еще в течение многих миллионов лет до пресловутого столкновения. Таким образом, описанная выше версия происхождения Луны также не лишена серьезных недостатков. Изучение образцов лунной породы, доставленной американскими аппаратами «Аполлон» и советскими беспилотными зондами, принесло достаточно неожиданные результаты. Оказалось, что собранные на поверхности Луны породы намного древнее обнаруженных учеными на Земле.
В частности, образцам с Луны предположительно 4,5 млрд лет, что очень близко к возрасту нашей Солнечной системы. Поэтому, изучая Луну, можно узнать много нового о самых ранних эпизодах в истории нашей планеты. Поверхность нашего спутника вся изрезана кратерами, которые свидетельствуют о мощной метеоритной бомбардировке. Это позволяет высказать предположение, что, обладая более мощным гравитационным полем, наша планета в первые 700 млн лет существования Солнечной системы подвергалась даже более интенсивной атаке, чем сама Луна. Но последовавшие за этим активные геологические процессы на Земле полностью скрыли от нас все свидетельства того масштабного падения метеоритов.
Постоянный и единственный спутник Земли оказывает немаловажное влияние на многие события на нашей планете. Поскольку Луна обладает достаточно большой массой и находится не так далеко от Земли, мы можем наблюдать гравитационное взаимодействие между ними. Это выражается в виде приливов и отливов, которые можно зафиксировать не только на побережьях океанов или морей, но и в закрытых водоемах и земной коре.
Под действием гравитации по земной поверхности пробегают волны, которые вытягивают оболочку Земли примерно на 50 см в сторону Луны. Это вызывает не только периодические колебания уровня моря, но и изменение магнитных свойств земной атмосферы. В самый ранний период истории нашей планеты, когда молодая Луна располагалась всего в несколько десятков тысяч километров от Земли, ее влияние, видимо, было еще более значительным. Именно мощные приливные силы тормозили вращение и разогревали недра планеты.
Было ли на самом деле столкновение Земли с мифической протопланетой Тейя, достоверно сказать нельзя. Но, как полагают ученые, гравитация Луны способствовала активной вулканической деятельности и возникновению первичного базальтового слоя Земли. Единственный спутник сглаживает колебания земной оси, делая климат на Голубой планете более благоприятным для развития живых организмов.

Увеличить шрифт

• 11:27, 6 июня 2014
• Комментариев

Луна возникла в результате так называемого Гигантского столкновения, случившегося 4,5 млрд лет назад между протоземлей и другой протопланетой размером примерно с Марс, окончательно убедились ученые. Несмотря на то что эта гипотеза происхождения Луны всегда была превалирующей, до сих пор бесспорных доказательств в ее пользу представлено не было.

Из более чем полутораста лун Солнечной системы лишь наша Луна имеет, как считается, свое особое происхождение. Прочие естественные спутники либо представляют собой пришлые планетезимали, либо родились одновременно с родительскими планетами из одного аккреционного диска. Однако многие признаки, такие как малое содержание воды и прочих летучих элементов на Луне, очень маленькое ядро, ее сходный с Землей угловой момент и другие, заставили ученых предположить другой сценарий ее возникновения — сценарий Гигантского столкновения.

Проблема состояла в том, что каждой планете Солнечной системы присущ свой собственный, уникальный изотопный состав, поэтому и у той протопланеты, ее назвали Тейя, разумно было бы предположить изотопный состав, отличный от земного.

По многим расчетам, Тейя отдала на создание Луны от 70 до 90% своей массы. Правда, существуют и другие версии, согласно которым Тейя ударила Землю слишком уж по касательной, вырвав из нее изрядный кусок массы и куда-то потом улетев, причем на Луну она отдала при этом не более 8% своего вещества. Сложность состояла еще в том, что при ударе о протоземлю Тейя могла отдать ей до 50% своей изотопной подписи, поэтому поиск различий еще более затруднялся.

Но так или иначе, до сих пор никакого изотопного различия в лунных и земных грунтах обнаружено не было.

Хотя вроде бы мерили точно, до пяти частей на миллион.

Новая установка, созданная в Геттингенском университете, позволила исследователям куда более точно измерять изотопный состав материалов. Решив сравнить на ней лунные и земные базальты, ученые для начала воспользовались веществом лунных метеоритов, но разницы с земными материалами никакой не нашли: по их мнению, небесные пришельцы с Луны за время своего пребывания на нашей планете оказались изрядно засорены местными изотопами. Поэтому их следующим шагом было исследование образцов лунного грунта, привезенного на Землю тремя экспедициями миссии "Аполлон".

Ученые сфокусировали свое внимание на изотопах кислорода.

В результате во всех трех образцах, привезенных с Луны, содержание кислорода-17 на 9 стотысячных процента превышало то, что обнаруживалось в земных образцах.

"Это различие слишком малое, но оно есть, — говорит Даниэл Хервардц, возглавляющий исследование. — И это приводит нас к двум выводам. Во-первых, мы можем с уверенностью сказать, что Гигантское столкновение действительно произошло. Во-вторых, это дает нам возможность сказать что-то и о геохимии Тейи. Следующая цель — узнать, сколько в действительности материала досталось Луне от Тейи".

В 70-90% Хервардц не верит. Он считает, что, скорее всего, Луна от Земли и Тейи унаследовала, как и положено наследовать от родителей, 50 на 50.

И наконец, так и остается без ответа вопрос, куда девалась Тейя после столкновения, что с ней стало, погибла ли она в последующих коллизиях, упала на какой-нибудь Юпитер или стала частью нам давно известной планеты.

Похожие материалы

• 11.11.2016, 10:00 В тренде. Госдепам и членам Совфеда увеличат штат помощников Как выяснила "Газета.Ru", в ближайшее время в Госдуму будет внесен законопроект, увеличивающий допустимый штат помощников думских депутатов и членов Совета Федерации. Сейчас парламентарий может иметь максимум пять помощников, поправки увеличат это число до семи. Это важно для депутатов-одномандатников, которым может не хватать рук для работы в округах. Эксперт считает, что инициатива укладывается в тренд повышения авторитета Госдумы.
• 22.10.2015, 10:57 СМИ: Ученые объявили о 15 днях полной темноты на Земле СМИ распространили информацию о том, что Землю ждут 15 дней полной темноты - с 15 ноября по 29 ноября 2015 года. Причинами явления станет глобальное потускнение Солнца. Авторы новостей ссылаются на специалистов NASA.
• 30.06.2015, 10:03 1 июля суткам добавят одну секунду. Возможны сбои в операционных системах 1 июля ученые добавят жителям Земли одну лишнюю секунду. Удлинить одни сутки в году потребовало торможение Земли, вызванное Солнцем и Луной.
• 02.04.2015, 12:54 Луна станет темно-красного цвета. 4 апреля - самое короткое лунное затмение за столетие Это будет уже третье из четырех лунных затмений, приходящихся на период с 15 апреля 2014 года по 28 сентября нынешнего года.
• 11.07.2014, 14:25 Суперлуние. Спутник дважды минимально приблизится к Земле Предстоящей ночью Луна приблизится к Земле на минимальное расстояние, сообщил "Русской службе новостей" ведущий научный сотрудник Пулковской астрономической обсерватории РАН Георгий Гончаров. В это время полная Луна будет крупнее, чем обычно.

Новые материалы

• 27.03.2019, 08:45 Психолог: "Дети "уходят" в гаджеты при поддержке взрослых" Эксперты констатируют, что ещё никогда за всю историю человечества структурные изменения в информационном поле не были столь грандиозными и значительными. Мы переживаем информационные и технологические революции, перевороты, мятежи и реформы. И кроме восторженных планов, связанных с этими новыми возможностями, звучат тревожные прогнозы. Например, врач-психотерапевт Андрей Курпатов утверждает, что искусственный информационные технологии приводят к неизбежной атрофии интеллектуальной функции. Многие видят врагом человечества мобильный телефон. Родители стонут - он стал членом семьи, навязчивым, эгоистичным и нетерпеливым.
• 26.03.2019, 10:20 Летающие тарелки, чипсы и алюминий. Самые громкие несбывшиеся надежды Саратовской области. Часть 1 Какими только обещаниями и прожектами не потчевали саратовцев последние три десятилетия чиновники и бизнес. Некоторые из этих планов развалились по ходу исполнения, к воплощению других даже не приступали. Часть из них до сих пор не дает покоя власти, другие же давно сданы в архив и забыты. Если бы происходили чудеса и все планы сильных мира сего воплощались в жизнь, Саратовская область выглядела бы совсем по-другому. "Фокус города" постарался вспомнить самые громкие несбывшиеся надежды региона.

На той же орбите, что и Земля. Согласно теории гигантского столкновения столкнувшись с Землей привело к формированию Луны. Вероятно просуществовала на протяжении сотни мильйонолить от момента формирования Солнечной системы (~ 4.6 Гигалет) и до момента столкновения с Землей (~ 4.5 Гигалет).

Объект сформировался в точке Лагранжа (L4 или L5) по системе двух тел Земля-Солнце. Ориентировочно масса Тейи была как у (1 / 10 Земли). Планета названа в честь титана Тейи - матери Селены (богини ).

По некоторым данным планетозималей Тейя вероятно просуществовала 30-50 миллионов лет от формирования Солнечной системы и 4.53 Гигалет (миллиард лет) лет назад столкнулась с прото-Землей. Согласно результатам сравнительного анализа распределения изотопов рубидия и стронция на Луне и Земле проведенного в 2008 году столкновение произошло 4.48 ± 0.02? Гигалет. Последнее число хорошо согласуется с датой 4.46 ± 0.04 Гигалет, которая была ранее получена на основе потери свинца и формированию Лунной коры. Таким образом Тейя могла существовать на протяжении 70-110 Мегалет (миллионов лет).

Прото-Земля, на момент столкновения уже имела почти современную массу. Начальная скорость столкновения была незначительной, в астрономическом смысле - 4 км / сек. Угол падения Тейи был острым, ориентировочно 45 °. Железное ядро Тейи погрузилось к земному ядру, в то время как большинство мантии Тейи и значительная доля мантии Земли были выброшены в космос, где сформировали аккреционный диск. С аккреционного диска в очень короткое время (в пределах века, возможно даже одного месяца) сформировался спутник планеты - Луна.

Сближения и столкновения Тейи и Земли, и образование Луны.

Компьютерное моделирование показывает, что в троянских точках Лагранжа системы Земля-Луна длительное время до 100 Мегалит могли существовать значительные тела или скопления обломков.

В результате столкновения Земля получила значительный угловой момент вращения, сутки продолжалась около пяти часов. В дальнейшем вследствие удаления Луны, вращения Земли замедлился к существующим двадцати четырех часов в сутках.

Согласно современным взглядам, изотопное распределение планет существенно зависит от расстояния до Солнца. Луна и Земля имея сходное распределение изотопов не могли сформироваться на отличных орбитах, однако факт отсутствия на Спутнике тяжелых элементов было тяжело объяснить одновременным образованием на одной орбите обоих тел.

Впервые гипотеза "большого удара" или "большого всплеска" была предложена в 1975 году группой американских астрофизиков Элом Камероном, Уильямом Вардом и Уильямом Хартманн. Таким образом относительно легко было обосновано почти полное отсутствие на спутнике тяжелых элементов, например железа. Однако объект, образовавшийся кое должен существенно отличный состав и в новообразованного Луны был бы отличный изотопный состав, например изотопов кислорода.

Место возникновения Тейи долгое время оставался слабым местом теории. В новообразованной Солнечной системе не было мест где смог образоваться такой значительный объект, как Тейя с похожим к Земле изотопным составом. Ведь для накопления такой массы должно было пройти определенное время существования на стабильной орбите. В 2004 году на основе компьютерного моделирования два сотрудника Принстонского университета Ричард Готт и Эдуард Бэлбруно проиллюстрировали, что в одной из троянских точек Лагранжа, которые отстоят от Земли на 60 ° смог бы образоваться планетоид, который имел бы достаточно времени для разрастания в Марсианской массы.

Ориентировочно через сотню миллионов лет объект был расшатан гигантом и постепенно сблизился и столкнулся с Землей на незначительной скорости. Поскольку и Земля и Тейя сформировались на одной орбите, то и изотопный состав в них похож.
25 февраля 2011 было объявлено об открытии двух планет на одной орбите в планетарной системе KOI-730. Обе планеты находятся в троянов точках друг относительно друга.

Существование таких объектов является еще одним подтверждением правдоподобности существования Тейи. Согласно расчетам орбит минимум в течение ближайших 2.2 миллионов лет обе планеты будут иметь стабильные орбиты.

Согласно этой теории, Тейя образовалась 4,6 млрд лет назад, как и другие планеты Солнечной системы , и имела сходный с Марсом размер.

См. также

Напишите отзыв о статье "Тейя (гипотетическая планета)"

Примечания