Загадка формирования Луны разрешена двумя миллиардами комбинаций параметров

Москва, 22:41, 22 Дек 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Объект, который врезался в Землю, создав при ударе Луну, был намного меньше, чем думали раньше, показала новая симуляция.

Исследователи из Парижского института физики Земли проверили более двух миллиардов комбинаций параметров, чтобы попытаться разрешить загадку того, как сформировалась Луна.
Разгадкой стал удар тела примерно в одну десятую массы Земли.

Лунные теории

Астрономы давно подозревают, что Луна была создана, когда гигантская протопланета, называемая Теей, ударила по вновь образовавшейся Земле — теория, впервые выдвинутая в 1970-х годах. В ней говорится, что катастрофическое столкновение создало огромное облако мусора, которое слилось в Луну. Однако до сих пор астрономы не смогли объяснить, как это оставило Луну и Землю химически одинаковыми.

Позже возникли две разные гипотезы, которые могли бы объяснить, почему Луна — это химический клон Земли, но они предсказывают радикально разные массы для Теи.

По одному сценарию две планеты-полуземли, объединились для формирования системы Земля-Луна.

Но вторая гипотеза предполагает, что Тея была небольшим высокоскоростным снарядом, который ударил в большую и быстро вращающуюся молодую Землю.

Джеймс Бадро из Парижского института физики Земли решил определить, как каждая идея совпадает с химией нашей планеты.

«Мы знаем, что гигантский удар произошел в течение первых 100 миллионов лет, и что ударный элемент, независимо от того, является ли он маленьким или большим ударным элементом, должен был оставить химический отпечаток в мантии Земли», — сказал Бадро.

Химический отпечаток отличается в зависимости от массы Теи

Исследователи провели более 2 миллиардов симуляций катастрофы и обнаружили, что ударный элемент, больший, чем 15 процентов от массы Земли, не мог произвести химию, которую мы наблюдаем в мантии Земли, вместо этого приводя к переобогащению мантии никелем и кобальтом.

Новое исследование считает, что вскоре после создания Луны, Земля была подвергнута бомбардировке маленькими планетами, которые принесли в наш мир несколько драгоценных химических элементов.

Эти луноподобные объекты приносили такие элементы, как золото, серебро и платина, прямо в ядро нашей молодой планеты, а также существенно способствовали росту ее общей массы.

Выводы пролили новый свет на эволюцию Земли 4,5 миллиарда лет назад

На заре времени Земля столкнулась с большим объектом размером с Марс, и выброшенный мусор образовал орбитальную луну. Это было известно как гипотеза гигантского удара или Большой всплеск.

Теперь симуляция, созданная исследователями из Юго-западного научно-исследовательского института в Колорадо, обнаружила, что после этого массового воздействия был длительный период, когда оставшиеся мини-планеты, называемые планетезималями, били в Землю. Эти камни варьировались от размера песчинки до кусков в 3000 километров.

Когда планетарная система формировалась, облако пыли постепенно стягивалось под действием силы тяжести, образуя небольшие куски.

Планетезимали, как полагают, слились, чтобы образовать Землю и другие планеты.

Эта бомбардировка, так называемая «поздняя аккреция», заключалась в том, что крупные тела воздействовали на Землю, поставляя материалы, которые были интегрированы в юную планету.

Ведущий автор, доктор Симон Марчи объяснил: «Мы моделировали массовые столкновения и то, как металлы и силикаты были интегрированы в Землю во время этой стадии поздней аккреции, которая длилась сотни миллионов лет после образования Луны».

«Основываясь на наших симуляциях, масса поздней аккреции доставленной на Землю, может быть значительно больше, чем считалось ранее, с важными последствиями для самой ранней эволюции нашей планеты».

В предыдущих исследованиях оцененные материалы от планетезималей, интегрированных на заключительном этапе формирования нашей планеты, составляли около половины процента нынешней массы Земли. Это основано на концентрации очень сидерофильных элементов — металлов, таких как золото, платина и иридий, которые имеют сродство к железу — в мантии Земли.

Но эти предыдущие оценки предполагали, что все сидерофильные элементы, полученные с последними ударами, были сохранены в мантии. Новое исследование предполагает, что поздняя аккреция может включать в себя большие дифференцированные снаряды, которые могут сконцентрировать сидерофильные элементы, главным образом, в их металлических сердечниках.

На этом рисунке показано расположение сердечника ядра (темно-коричневого) и мантийного (зеленого). Частицы Земли не показаны для ясности, а красные и серые полусферы указывают на ядро и поверхность Земли.

Новые симуляции удара с высоким разрешением показали, что значительная часть ядра большого планетазималя может опуститься и быть ассимилирована в ядро Земли, или дать рикошет обратно в космос и полностью покинуть планету. Оба результата уменьшают количество очень сидерофильных элементов, добавленных к мантии Земли, что подразумевает, что в два-пять раз больше материала могло быть доставлено, чем считалось ранее.

Доктор Робин Канап, соавтор исследования, сказал: «Эти симуляции также могут помочь объяснить наличие изотопических аномалий в образцах древних наземных пород, таких как коматиит, вулканический камень».

Эти аномалии были проблематичными для моделей лунного происхождения, которые подразумевают наличие хорошо перемешанной мантии после гигантского удара.