Головна теорія про утворення Місяця може не мати жодних доказів

Згідно з теорією, мільярди років тому щось розміром приблизно з Марс врізалося в Землю, викинувши в космос цілу купу бруду, який зрештою об’єднався, утворивши Місяць. Це називається гіпотезою гігантського удару, і вона дає нам чітке пояснення кількох цікавих властивостей, які мають спільні Земля та Місяць, як ідентичні мінерали.

Є лише одна проблема. Згідно з новим аналізом, проведеним планетологом Паоло Сосі з групи експериментальної планетології ETH Zürich у Швейцарії, у нас немає абсолютно ніяких однозначних доказів того, що такий гігантський удар коли-небудь мав місце.

«Гірські породи з мантії Землі та Місяця неможливо розрізнити на основі кожного ізотопного співвідношення, яке відстежує походження матеріалу в Сонячній системі», — сказав Соссі ScienceAlert.

«Оскільки ізотопи цих елементів сильно відрізняються в різних планетарних матеріалах, якби були якісь сліди імпактора, ми очікували б побачити невеликі відмінності в їхніх ізотопних співвідношеннях. Проте таких відмінностей між Землею та Місяцем виявлено не було… отже, ми стверджували, що у випадку зіткнення ці два тіла повинні бути ідеально змішаними… або Місяць мав утворитися іншим способом».

Це не означає остаточно, що гігантського удару не відбулося. Це ще можливо. Це просто… ну, ми теж не можемо припустити, що це так. Можливо, те, як утворився Місяць, знову опинилося в царстві таємниць.

Докази, доступні на сервері препринтів arXiv і наразі опубліковані для «Трактату з геохімії» 2024 року, базуються на критичному огляді всіх відповідних геофізичних і геохімічних доказів на сьогодні.

Отже, якби не було зіткнення, звідки міг узятися Місяць? Соссі стверджує, що Земля та її великий супутник просто сформовані з одного основного матеріалу, що усуває необхідність будь-якого введення гіпотетичного третього тіла.

Земля та її Місяць унікальні в Сонячній системі. Це єдина система з двома великими сферичними тілами з диференційованими ядрами; Місяць не набагато менший за Меркурій і, якби він плавав навколо сам по собі, міг би вважатися самостійною планетою.

Також вважається, що Місяць зіграв важливу роль у розвитку життя. Він допомагає стабілізувати обертання Землі та створює припливи, які сприяють циркуляції океанів. Без орбітальної маси каміння Земля була б зовсім іншим місцем.

Оскільки Місяць настільки рідкісний і такий важливий, вчені хочуть знати, як він сюди потрапив. Його походження може пролити світло на нашу власну історію та допомогти нам оцінити ймовірність того, як часто такі системи утворюються там у ширшому Всесвіті.

Гіпотеза гігантського зіткнення непогана. На початку існування Сонячної системи, близько 4,5 мільярдів років тому, все було набагато хаотичніше. Існувало набагато більше каміння, яке вільно чи мимоволі літало навколо, про що ми можемо судити з кратерів, залишених на планетах і супутниках, які вціліли. Тож не виключено, що маленьку Землю вдарило щось досить велике, щоб створити хмару уламків, з яких утворився Місяць.

Проблема, яку Соссі та його команда виявили після вивчення наявних доказів, полягає в тому, що Земля та Місяць занадто схожі. Елементи на Землі та Місяці мають однакові співвідношення ізотопів – різних форм одного атома з різною кількістю нейтронів у їхніх ядрах. І чим більше ми досліджуємо, тим більше знаходимо.

«Спочатку цю відповідність було виявлено лише для ізотопів кисню, але нещодавно (з початку 2010-х років) було виявлено, що це стосується хрому та титану – обидва з них є елементами, які зосереджені виключно в кам’янистій частині тіло», — пояснив Сосі.

«Крім того, оскільки ізотопи цих елементів сильно відрізняються в різних планетарних матеріалах, якби були якісь сліди імпактора, ми очікували б побачити невеликі відмінності в їхніх ізотопних співвідношеннях. Проте таких відмінностей між Землею та Місяцем виявлено не було.

«Згодом також було показано, що це справедливо для безлічі інших елементів (наприклад, заліза, кальцію, молібдену тощо), що робить ймовірність того, що це могло виникнути через збіг обставин, астрономічно малою».

Нещодавнє дослідження показало, що Земля і Місяць також приблизно одного віку або утворилися дуже близько одна до одної приблизно 4,5 мільярда років тому. Взяті разом, докази свідчать про те, що два тіла утворилися з однієї хмари матеріалу.

Це не означає, що удар не міг бути залученим; Одна модель припускає, що удар подрібнив у порошок увесь набір і кумедну масу того, як мала Земля, утворивши пончик матеріалу, який об’єднався у два тіла, Землю та Місяць.

Але моделі гігантських ударів часто передбачають невеликі відмінності у співвідношеннях ізотопів між Землею та Місяцем. Цих відмінностей просто немає, згідно з наявними даними, тобто, хоча гігантський вплив не можна виключити, ми повинні виключити моделі, які дають результати, несумісні з реальними геохімічними даними.

Незважаючи на це, «простір параметрів по суті нескінченний», — сказав Соссі.

Ми просто не знаємо, як Земля і Місяць утворилися разом із грудки зоряного пилу 4,5 мільярда років тому. Один зі способів дослідити це далі — дослідити, що знаходиться в середині Місяця, і саме над цим працюють Сосі та його колеги.

«Хімічні та ізотопні докази зараз достатньо вагомі, щоб почати сумніватися в фундаментальних механізмах формування Місяця», — сказав Соссі.

« Нам також приємно бачити, наскільки геофізичні, геохімічні та динамічні обмеження можуть бути взаємопов’язані у створенні нового, цілісного погляду на формування Місяця. Ми можемо спілкуватися щодо спільних проблем у різних дисциплінах, що зрештою допоможе нам знайти рішення цієї головоломки». Дослідження команди можна прочитати на arXiv.