[Перевод] Сквозь ядерное стекло: Луна и бомба

Сотни лет учёные пытались объяснить, как сформировалась Луна. Некоторые считали, что она получилась из материала, потерянного Землёй из-за центробежной силы, другие предполагали, что уже сформировавшуюся Луну Земля захватила при помощи гравитации. В последние десятилетия самой распространённой гипотезой стала модель ударного формирования Луны, согласно которой Луна появилась после удара по Земле объекта размером с Марс (именуемого Тейя) 4,5 млрд лет назад.

Судя по новому исследованию международной команды, ключевое доказательство одной из этих теорий можно вывести из первого испытания ядерного оружия, проведённого на Земле 70 лет назад. Изучив пробы радиоактивного стекла, полученного с полигона Аламогордо, где испытывали первую ядерную бомбу в проекте «Тринити«, учёные определили, что образцы лунных камней демонстрируют схожий недостаток летучих элементов.

Исследованием руководил Джеймс Дэй – профессор из Института океанографии им. Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего. Он с коллегами изучил образцы стекла, полученного с проекта Тринити для определения их химического состава.

Тринити, 0,025 секунд после взрыва атомной бомбы

Это стекло называют тринитом, и оно появилось в результате взрыва плутониевой бомбы в 1945 году в проекте Тринити в рамках Манхэттенского проекта. На дистанции в 350 м от точки взрыва аркозовый песок (состоящий преимущественно из гранул кварца и полевого шпата) был превращён в зеленоватое стекло чрезвычайно высокими температурой и давлением взрыва.

Годами учёные исследовали запасы этого песка, который, как предполагается, засосало внутрь взрыва, а затем разбросало в жидком виде по поверхности земли. Когда Дэй с коллегами изучили стекло, они обнаружили, что в нём не хватает цинка и других летучих элементов – испаряющихся при высоких давлениях и температурах – и их содержание в стекле зависит от расстояния до взрыва.

Согласно исследованию, опубликованному в Science Advances в феврале 2017, в пробах тринита, собранных на расстоянии от 10 до 250 м от места взрыва, указанных элементов было гораздо меньше, чем в тех, что собрали дальше от эпицентра. Кроме того, оставшиеся в пробах изотопы цинка были тяжелее и менее склонны к реагированию.

Сравнив результаты с исследованиями лунных камней, они обнаружили схожее отсутствие летучих элементов у последних. Отсюда они сделали вывод, что на Луне некогда бушевали такие же высокие температура и давления, что и заставило эти элементы испариться. Это соответствует теории, по которой в прошлом произошёл сильнейший удар, превративший поверхность Луны в океан магмы.

Удар мог привести к появлению Луны, но внешний вид Земли и других тел могли формировать и другие сильные столкновения

Как пояснил Дэй в пресс-релизе:

Результаты показывают, что испарение при высоких температурах, схожих с теми, что наблюдаются в начале формирования планет, приводит к потере летучих элементов и к обогащению остаточных материалов тяжёлыми изотопами. Это говорит здравый смысл, но теперь мы нашли ему экспериментальное подтверждение.

Хотя с 1980-х модель ударного формирования Луны доминировала в науке, споры о происхождении спутника не умолкали и требовали новых открытий. К примеру, в январе 2017 года в новом исследовании, опубликованном в Nature Geoscience за авторством Ралука Руфу из Института имени Вейцмана в Реховоте, показано, что Луна могла появиться в результате слабых, но многочисленных столкновений.

При помощи компьютерных симуляций команда из института Вейцмана обнаружила, что многочисленные столкновения могли сформировать много мелких спутников вокруг Земли, которые затем могли слиться и создать Луну. Но, показав, что летучие элементы реагируют на температуру и давление одинаково, вне зависимости от места реакции, Дэй с коллегами предложили довольно прочное доказательство единственного удара.

Это одно из последних исследований в большой серии научных работ, помогающих учёным выстраивать ограничения на время и способ формирования Луны, что, в свою очередь, помогает нам разбираться в истории Солнечной системы и её формировании.