Учёные нашли подтверждение гипотезы гигантского столкновения

Новое исследование металлической руды глубоко в недрах Луны предлагает доказательства того, что естественный спутник Земли был сформирован древней планетой, врезавшейся в Землю давным-давно.

В результате этого давнего межпланетного столкновения, которое, по мнению учёных, произошло около 4,5 миллиардов лет назад, планета размером с Марс, названная Тейей (в честь одной из сестёр-титанид в древнегреческой мифологии, матери Гелиоса, Эос и Селены), при столкновении с Землёй разлетелась на фрагменты горячей лавы.

Некоторые из планетарных останков Тейи, похоже, похоронены в виде плотных и массивных сгустков глубоко под тектоническими плитами Африки и Тихого океана. Однако куда делась остальная часть Тейи после катастрофы, так и осталось неизвестным.

Но теперь новые данные с космического аппарата НАСА Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) обнаружили крупные залежи титаново-железной руды глубоко под поверхностью Луны, что позволяет предположить, что остатки Тейи действительно образовали земную Луну.

Планетарный геофизик Адриен Броке из Немецкого аэрокосмического центра в Берлине назвал результаты исследования GRAIL, проведенного НАСА, не иначе как «завораживающими».

Новая работа его команды, опубликованная в апреле этого года в журнале Nature Geoscience, посвящена гравитационным аномалиям глубоко под поверхностью Луны: плотным, тяжелым скоплениям материи, обнаруженным сенсорами космического аппарата GRAIL.

«Анализ этих вариаций гравитационного поля Луны позволил нам заглянуть под её поверхность и увидеть, что находится под ней», — говорит Броке.

Под лунной корой, в области между корой и ядром, называемой мантией, аппарат GRAIL обнаружил две плотные области, соответствующие титановым и железным «ильменитовым» отложениям, которые должны были бы существовать, если бы гипотеза гигантского столкновения была верна.

После столкновения Тейи с Землёй и после того, как фрагменты этой протопланеты оказались погребены глубоко под земной корой, расплавленные лавовые бассейны тяжёлого титана и железа на поверхности Луны начали опускаться глубже к её ядру, выталкивая более лёгкие породы вверх.

«Наша луна буквально вывернулась наизнанку», — говорит соавтор Броке, Джефф Эндрюс-Ханна, геофизик из Лунной и планетарной лаборатории Аризонского университета.

Компьютерные модели их коллеги Нан Чжана из Пекинского университета в Пекине стали основой для теории о существовании в глубине Луны богатого титаном материала — в результате её тейского происхождения.

«Когда мы увидели предсказания этой модели, — говорит Эндрюс-Ханна, — как будто лампочка загорелась. Мы видим точно такую же картину, когда смотрим на тонкие изменения в гравитационном поле Луны, обнаруживая сеть плотного материала, скрывающуюся под корой».

На Земле два таких же плотных и необычных региона в основании мантии нашей планеты, известные как крупные области с низкой скоростью сдвига (Large Low Velocity Provinces, LLVPs), также подтверждают теорию о том, что нашу Луну создало межпланетное столкновение.

Одна область LLVP расположена под Африканской тектонической плитой, а другая — под Тихоокеанской тектонической плитой, что подтверждается сейсмическим оборудованием, подобным тому, которое используется для обнаружения землетрясений.

Их существование было установлено, когда геологи заметили, что сейсмические волны резко замедляются на глубине 2900 км только в этих двух регионах Земли.

Ученые полагают, что материал в этих LLVP на 2—3,5 процента плотнее окружающей мантии Земли.

В прошлом году исследователи из Калифорнийского технологического института выдвинули идею о том, что эти LLVP могли образоваться из небольшого количества тейского материала, попавшего в нижнюю мантию древней Земли.

Чтобы подтвердить эту идею, они попросили профессора Хонгпинга Денга из Шанхайской астрономической обсерватории изучить её с помощью его новаторских методов в области вычислительной гидродинамики.

Проведя серию симуляций, профессор Денг обнаружил, что после лунообразующего удара значительное количество тейского материала — около двух процентов массы Земли — должно было попасть в нижнюю мантию древней планеты Земля.

«Благодаря точному анализу более широкого спектра образцов горных пород в сочетании с более точными моделями гигантских столкновений и моделями эволюции Земли мы можем сделать вывод о составе материала и орбитальной динамике первобытной Земли, "Геи" и "Тейи"», — сказал соавтор Денга Цянь Юань, геофизик из CalTech, который также работал над этим проектом.

Команда Денга и Юаня опубликовала своё исследование в журнале Nature в конце прошлого года.

По словам Броке, он надеется, что будущие миссии НАСА к Луне, например, запланированные в рамках программы Artemis, смогут провести аналогичные сейсмические измерения: первые в своём роде сейсмические данные с Луны, чтобы лучше подтвердить теорию столкновения с Тейей.

«Будущие миссии, например, с сейсмической сетью, позволят лучше изучить геометрию этих структур», — говорит исследователь.