Альтернативні теорії: як з’явився Місяць

[the_ad id=”759″]13 грудня 1972 року астронавт «Аполлона-17» Гаріссон Шмітт підійшов до валуна в море Спокою на Місяці. «У цього валуна є своя маленька доріжка, яка веде прямо до пагорба», повідомив він своєму командиру Юджину Сернану, зазначивши, де був валун перед тим, як скотитися вниз по схилу. Сернан взяв кілька проб.

«Уяви, що було б, якби ти стояв там до того, як скотився цей валун», задумливо сказав Сернан. «Мабуть, краще не буду», відповів Шмітт.

Космонавти вирізали шматочки місяця з валуна. Потім, використовуючи граблі, Шмітт зіскоблив курну поверхню і підняв камінець, який пізніше назвуть «троктоліт 76536».

Той камінь і його брати-валуни повинні були розповісти історію про те, як з’явився наша місяць. У цій історії створення, записаної в незліченних підручниках і науково-музейних експонатах за останні сорок років, Місяць було виплавлено з катастрофічного зіткнення між Землею і твердим світилом розміром з Марс. Інший світ називався Тейя, в честь грецької богині, яка дала життя Селені. Тейя так сильно врізалася в Землю, що обидва світи розплавилися. Викинуті Тейєю потоки розплавленого матеріалу потім охололи і затверділи, сформувавши сріблястого компаньйона, якого ми всі добре знаємо.

Але сучасні виміри троктоліта 76536 та інших порід з Місяця і Марса ставлять під сумнів цю теорію. За останні п’ять років безліч досліджень виявили проблему: канонічна гіпотеза гігантського зіткнення заснована на припущеннях, які не відповідають доказам. Якщо Тейя вдарила Землю, а пізніше сформувала Місяць, Місяць повинен складатися з матеріалу Тейї. Але Місяць не схожий на Тейю – або на Марс, якщо вже на те пішло. До самих атомів він виглядає майже так само, як Земля.

Зіткнувшись з цією невідповідністю, місячні дослідники шукали нові ідеї, щоб зрозуміти, як з’явився Місяць. Найочевиднішим рішенням може бути найпростішим, але воно породжує інші проблеми з розумінням юної Сонячної системи: можливо, Тейя сформувала Місяць, але при цьому Тейя також складалася з речовини, яка практично ідентична земної. Інший варіант – процес зіткнення змішав все, гомогенізуючи окремі шматочки і рідини в пирозі, який потім розрізали на порції. В такому випадку зіткнення повинно було бути надзвичайно потужним, або їх повинно було бути кілька. Третє пояснення ставить під сумнів наше розуміння планет. Може бути так, що Земля і Місяць, які у нас є сьогодні, пройшли через дивні метаморфози і дикі орбітальні танці, які радикально змінили їх обертання і майбутнє.

Погані новини для Тейї
Щоб зрозуміти, що могло статися в найважливіший для Землі день, потрібно почати з розуміння юності Сонячної системи. Чотири з половиною мільярди років тому Сонце було оточене гарячою хмарою уламків в формі пончика. Зоряні елементи оберталися навколо нашого новонародженого сонця, остигаючи і – впродовж багатьох років – зливаючись воєдино в процесі, який ми до кінця не розуміємо. Спершу в згустки, потім в планетезимали, потім в планети. Ці тверді тіла жорстко і часто стикалися, випаровувалися і з’являлися заново. Саме в цьому неймовірно жорсткому зоряному більярді були викувані Земля і Місяць.

Щоб отримати такий Місяць, який у нас є сьогодні, з його розміром, обертанням і швидкістю, з якою він відходить від Землі, наші кращі комп’ютерні моделі говорять, що з чим би не зіткнулася Земля, це щось повинно бути розміром з Марс. Щось більше або менше вже справило б систему з набагато більшим кутовим моментом, ніж ми спостерігаємо. Снаряд побільше також викинув би занадто багато заліза на орбіту Землі і створив би набагато більш багатий залізом Місяць, ніж ми спостерігаємо.

Перші геохімічні дослідження троктоліта 76536 та інших порід підкріпили цю історію. Вони показали, що місячні породи повинні були народитися в місячному океані магми, які могли, в свою чергу, з’явитися внаслідок гігантського зіткнення. Троктоліт плавав в розплавленому морі як айсберг в Антарктиді. Виходячи з цих фізичних обмежень, вчені вирішили, що Місяць був зроблена з останків Тейї. Але є проблема.

Повернемося до юної Сонячній системі. У міру того, як тверді світи стикалися і випаровувалися, їх вміст змішувався, в кінцевому підсумку осідаючи в окремих регіонах. Ближче до Сонця, де було спекотніше, легші елементи були більш схильні нагріватися і тікати, залишаючи надлишок важких ізотопів (варіацій елементів із зайвими нейтронами). Далі від Сонця породи мали можливість утримувати більше води і залишалися більш легкі ізотопи. Тому вчений може досліджувати суміш ізотопів, щоб визначити, в якій частині Сонячної системи вона з’явилася, подібно до того, як акцент видає батьківщину людини.

Ці відмінності так сильно виражені, що їх використовують для класифікації планет і типів метеоритів. Марс так сильно відрізняється від Землі, наприклад, що його метеорити можна ідентифікувати шляхом простого вимірювання співвідношення трьох різних ізотопів кисню.

У 2001 році, використовуючи передові методи мас-спектрометрії, швейцарські вчені знову вивчили троктоліт 76536 та інші місячні зразки. З’ясувалося, що їх ізотопи кисню не відрізняються від тих, що на Землі. Геохіміки з тих пір вивчили титан, вольфрам, хром, рубідій, калій і інші не зовсім пересічні метали на Землі – і всі вони виглядали практично однаково.

Це погана новина для Тейї. Якщо Марс так сильно відрізняється від Землі, Тейя – а значить, і Місяць – мають теж відрізнятися. Якщо ж вони однакові, це означає, що Місяць мав сформуватися з розплавлених шматочків Землі. Породи, зібрані «Аполлоном», виходить, будуть прямо суперечити тому, на чому наполягає фізика.

«Канонічна модель переживає серйозну кризу», говорить Сара Стюарт, планетолог Каліфорнійського університету в Девісі. «Вона ще не вбита остаточно, але її нинішній статус полягає в тому, що вона не працює».

Місяць з пара
Стюарт намагалася переосмислити фізичні обмеження цієї проблеми – необхідність в ударному тілі певного розміру, який рухається з певною швидкістю, – на тлі нових геохімічних доказів. У 2012 році вона і Матія Чук, нині працює в Інституті SETI, запропонували нову фізичну модель формування Місяця. Вони заявили, що юна Земля була обертовим дервішем, день якого тривав дві-три години, коли в неї вдарила Тейя. Зіткнення справило диск навколо Землі – як кільце Сатурна – але той протримався всього 24 години. В кінцевому підсумку диск охолов і затвердів, сформувавши Місяць.

Суперкомп’ютери недостатньо потужні, щоб повністю змоделювати цей процес, але вони показали, що снаряд, що врізається в такий світ, може зрізати достатню кількість Землі, повністю знищити Тейю і зішкребти досить шкурки з обох, щоб створити Місяць і Землю з однаковими ізотопними співвідношеннями. Як гончар на гончарному крузі.

Щоб пояснення було вірним повинно бути щось ще, що уповільнить швидкість обертання планети до нинішнього стану. У своїй роботі 2012 року Стюарт і Чук стверджували, що при певних орбітально-резонансних взаємодіях Земля повинна була передати кутовий момент сонця. Пізніше Джек Уісдом з Массачусетського технологічного інституту запропонував кілька альтернативних сценаріїв по вилученню кутового моменту з системи Земля-Місяць.

Однак жодне з пояснень не було задовільним. Моделі 2012 роки так і не могли пояснити орбіту Місяця або її хімію, говорить Стюарт. І ось, в минулому році, Саймон Лок, випускник Гарвардського університету і студент Стюарта в той час, представив оновлену модель, яка запропонувала нову планетарну структуру.

На його думку, кожен шматочок Землі і Тейї випарувався і сформував роздуту, розпухлу хмару у вигляді товстого бублика. Хмара оберталося так швидко, що досягла точки під назвою межа спільного обертання. На цьому зовнішньому краю хмари випарувалася порода кружляла так швидко, що хмара прийняло нову структуру, з товстим диском, що обходять внутрішній регіон. Що важливо, диск не відділений від центральної області так, як відокремлені кільця Сатурна.

[the_ad id=”759″]Умови в цій структурі невимовно пекельні; немає ніякої поверхні, замість неї хмари розплавленої породи, причому кожна область хмари утворює краплі дощу з розплавленої породи. Місяця виріс всередині цього пара, говорить Лок, перш ніж пар остаточно охолов і залишив після себе систему Земля – ​​Місяць.

З огляду на незвичайні характеристики структури, Лок і Стюарт порахували, що вона заслуговує нової назви. Вони випробували кілька версій, перш ніж прийти до «синестії», в якій використовується грецький префікс «син», що означає «разом», і богиня Гестія, яка представляє будинок, вогнище і архітектуру. Це слово означає «пов’язану структуру», говорить Стюарт.

«Ці тіла не те, що ви думаєте. І виглядають вони не так, як ви думали вони будуть виглядати ».

У травні Лок і Стюарт опублікували роботу про фізику синестій; їх робота на тему синестіі місячного походження все ще знаходиться на розгляді. Вони представили її на конференції планетологов і сказали, що їхні колеги були зацікавлені, але навряд чи згодні з ідеєю. Можливо, тому що синестія залишається просто ідеєю; на відміну від окільцьованих планет, яких багато в Сонячній системі, і протопланетарних дисків, яких багато у Всесвіті, ніхто ніколи жодної не бачив.

Але це цікавий спосіб пояснити особливості нашого Місяця, коли наші моделі, схоже, не працюють.

 

За матеріалами Quanta

Приєднуйтесь до групи Вар’ят в Facebook і стежте за оновленнями. З нами цікаво!