Удар, в результате которого образовалась Луна, поразил практически новорожденную Землю.
Новые исследования пород, доставленных Аполлонами, отодвигают формирование Луны более чем на 100 миллионов лет назад.
20.03.2025, Пол Вусен, science.org (журнал Science)
Вудлендс, Техас. Почти столько же, сколько существует Земля, Луна была с ней. Таков вывод нескольких исследований, предполагающих, что Луна сформировалась примерно через 65 миллионов лет после образования Солнечной системы — и всего через десятки миллионов лет после Земли.
Полученные результаты обещают разрешить десятилетия споров о возрасте Луны, говорит Торстен Кляйн, космохимик из Института Макса Планка по исследованию солнечной системы, который представил новую работу на конференции по науке о Луне и планетах (LPSC). По его словам, несколько направлений исследований сходятся на новом и более древнем возрасте Луны: «Это около 4,5 миллиардов лет».
Начало формирования Солнечной системы, определяемое как время, когда первые породы кристаллизовались из пыли и газа, вращающихся вокруг молодого Солнца, датируется 4,5673 миллиарда лет назад. Земля образовалась из этих пород примерно через 20-30 миллионов лет после этого. Еще позже, как полагают, протопланета размером с Марс по имени Тейя врезалась в прото-Землю, выбрасывая испаренные обломки обоих объектов в космос. Луна образовалась из этих обломков.
По словам Мелани Барбони, геохимика из Университета штата Аризона (ASU), определение точного времени — не эзотерическое упражнение, это критически важно для понимания истории Земли. Удар Тейи стабилизировал неустойчивое вращение Земли и расплавил ее поверхность, воссоздав расплавленное новорожденное состояние планеты. «Образование Луны датирует нашу Землю, а не планету, которая существовала до этого», — говорит Барбони.
После удара поверхность Луны также расплавилась, и среди камней, собранных астронавтами Аполлона, есть светлые магматические, богатые кристаллами плагиоклаза, которые долгое время считались остатками ее собственного магматического океана. Датированные примерно 4,35 миллиарда лет назад, примерно через 200 миллионов лет после зарождения Солнечной системы, они натолкнули на предположение, что тогда же образовалась и сама Луна.
Однако такая «молодая» Луна все больше противоречит нашему пониманию того, как развивалась Солнечная система, говорит Фрэнсис Ниммо, планетолог из Калифорнийского университета в Санта-Крусе. Удар Тейи, скорее всего, произошел в ранний период истории Солнечной системы, когда Юпитер и другие газовые гиганты совершали дикие орбитальные движения, а их гравитация швыряла крупные каменистые объекты на внутренние планеты. Но орбитальное моделирование и наблюдения теперь предполагают, что Солнечная система успокоилась в течение первых 100 миллионов лет; через 200 миллионов лет, говорит Ниммо, «практически все закончилось». Более того, указывает Барбони, последние данные предполагают, что уже 4,3 миллиарда лет назад на поверхности Земли была жидкая вода и, возможно, тектонические плиты, погружающиеся в мантию. Оба варианта были бы неправдоподобны спустя всего 50 миллионов лет после того, как Тейя превратила поверхность в магму.
Сама Барбони была одной из первых, кто бросил вызов модели молодой Луны. В исследовании 2017 года, опубликованном в журнале Science Advances, она проанализировала восемь кристаллов циркона — зерен минерала, ценимого для радиометрического датирования — из образцов Аполлона-14. Основываясь на том, сколько урана в них распалось на свинец, а также на некоторых модельных предположениях, Барбони предположила, что Луне 4,51 миллиарда лет. «Боже, какую реакцию я получила, — вспоминает она. — Я столкнулась с очень сильным сопротивлением со стороны людей, верящих в молодую Луну».
Еще одна атака последовала в 2019 году в исследовании Nature Geoscience под руководством Максвелла Тименса, геохимика из Свободного университета Брюсселя. Он и его соавторы обнаружили избыток легкого изотопа вольфрама в образцах Аполлонов и пришли к выводу, что он появился в результате распада ныне исчезнувшей формы гафния, которая существовала только в течение первых 60 миллионов лет истории Солнечной системы. Это также означало, что Луна образовалась около 4,5 миллиардов лет назад.
Кляйне, который в свое время выступал за молодой возраст Луны, не согласился с методами Тименса, но теперь он пришел к тому же выводу другим путем: датируя лунные минералы по очень медленному распаду радиоактивного рубидия в стронций. Сложность использования этой техники состояла в том, чтобы оценить, сколько из двух элементов изначально присутствовало как в Тейе, так и в прото-Земле, а затем, сколько в Луне от каждого из ее родителей. Кляйне и его коллега Йонас Шнайдер провели расчеты для ряда различных моделей формирования Луны. Они пришли к возрасту, который для наиболее правдоподобных моделей «всегда одинаков», говорит Кляйне: около 4,5 миллиардов лет.
Это достоверная оценка, которая соответствует последовательной истории эволюции Луны, говорит Стивен Деш, планетолог из ASU. «Молодые» даты для образцов Apollo не были ошибочными, предположил Деш на конференции LPSC в прошлом году, — просто эти породы не образовались из первоначального океана магмы. Действительно, новая серия цирконовых датировок, опубликованная в январе в Proceedings of the National Academy of Sciences, показала, что этот океан должен был полностью кристаллизоваться за десятки миллионов лет до пород Apollo.
Но затем, говорит Деш, поверхность Луны снова расплавилась: по мере того, как она мигрировала от Земли, она попала в гравитационное противостояние между Землей и Солнцем, которое нагревало Луну, разминая ее как шар из теста. Ниммо, опубликовавший аналогичный вывод в Nature в декабре 2024 года, сравнивает раннюю Луну со спутником Юпитера Ио, на котором сегодня есть активные вулканы из-за его приливных взаимодействий с гигантской планетой. «Ранняя Луна, она была бы как Ио на стероидах», — говорит он. Барбони согласна, что Луна была повторно расплавлена в начале своей истории, но предположила, что вместо приливного притяжения причиной было сильное столкновение, которое произошло на ее южном полюсе и создало на ней самый большой ударный бассейн.
В любом случае, «старая Луна» воскресает — по крайней мере, пока. В прошлом году китайская миссия «Чанъэ-6» доставила почти 2 килограмма камней с обратной стороны Луны. Если в них будут найдены цирконы с датами, соответствующими временной шкале старой Луны, это может поставить точку, говорит Деш. Если же нет, то это может привести к тому, что вопрос о возрасте Луны снова окажется открытым.
Научная статья: FORMATION OF THE MOON ~65 MILLION YEARS AFTER SOLAR SYSTEM FORMATION. T. Kleine1 and J. M. Schneider1 , 1 Max Planck Institute for Solar System Research, Justus-von-Liebig-Weg 3, 37077 Göttingen, Germany (kleine@mps.mpg.de).
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti)
Оригинал: Impact that formed the Moon struck a practically newborn Earth
