Модель ударного формирования Луны

Контекст

Относительно крупный естественный спутник Земли - Луна - уникален. Во время программы "Аполлон" на Землю были доставлены камни с поверхности Луны. Радиометрическое датирование этих пород показало, что возраст Луны составляет 4527 ± 10 миллионов лет, что примерно на 30-55 миллионов лет моложе других тел Солнечной системы. Новые данные свидетельствуют о том, что Луна сформировалась еще позже, 4,48±0,02 Ga, или 70-110 млн лет назад после образования Солнечной системы. Другой примечательной особенностью является относительно низкая плотность Луны, что должно означать отсутствие у нее большого металлического ядра, которое есть у других земных тел Солнечной системы. По своему составу Луна очень похожа на мантию и кору Земли вместе, но без земного ядра. Это привело к гипотезе гигантского столкновения: идея о том, что Луна образовалась во время гигантского столкновения прото-Земли с другой протопланетой.

Считается, что импактор, иногда называемый Тейя, был немного меньше планеты Марс. Тейя столкнулась с Землей примерно 4,533 млн лет назад. Модели показывают, что когда импактор такого размера ударил прото-Землю под низким углом и с относительно низкой скоростью (8-20 км/с или 5,0-12,4 миль/с), много материала из мантии (и прото-коры) прото-Земли и импактора было выброшено в космос, где большая его часть осталась на орбите вокруг Земли. Из этого материала в конечном итоге образовалась Луна.

Однако металлические ядра ударной волны должны были пробиться сквозь мантию Земли и соединиться с земным ядром, истощив Луну металлическим материалом. Таким образом, гипотеза гигантского удара объясняет аномальный состав Луны. Выброс на орбите вокруг Земли мог сконденсироваться в единое тело в течение нескольких недель. Под воздействием собственной гравитации выброшенный материал превратился в более сферическое тело - Луну.

Радиометрический возраст показывает, что Земля существовала уже по крайней мере 10 миллионов лет до столкновения, что достаточно для дифференциации примитивной мантии и ядра Земли. Затем, когда произошел удар, был выброшен только материал из мантии, оставив нетронутым ядро Земли, состоящее из тяжелых элементов.

Последствия

Это столкновение имело важные последствия для молодой Земли. При столкновении высвободилось огромное количество энергии, в результате чего Земля и Луна оказались полностью расплавленными. Сразу после удара мантия Земли активно конвектировала, поверхность представляла собой большой океан магмы. Первая атмосфера планеты должна была полностью сдуться из-за огромного количества высвободившейся энергии. Считается, что удар также изменил земную ось, создав большой осевой наклон в 23,5°, который отвечает за сезоны на Земле (в простой идеальной модели происхождения планет осевой наклон составлял бы 0°, и не было бы никаких узнаваемых сезонов). Это также могло ускорить вращение Земли.

Последние доказательства

Анализ лунной породы, привезенной астронавтами "Аполлона", обнаружил следы Тейи. Исследователи утверждают, что это подтверждает теорию о том, что Луна была создана в результате катаклизмического столкновения. Некоторые ученые удивлены тем, что разница между тейским материалом, найденным в лунной породе и земной, так мала.