Вчені підтвердили гіпотезу ударного походження Місяця

Досі лідерами були дві моделі утворення Місяця в результаті удару космічного тіла об Землю. Згідно з однією - низькоенергетичні удари об Землю викликали утворення Місяця з силікатної атмосфери. За іншою моделі, удар об прото-Землю був настільки сільним, що випарував мантійну речовину, і привів до утворення Місяця. У роботі, опублікованій в онлайн-версії Nature, вчені з США привели експериментальні аргументи на користь другої моделі.

Вперше гіпотезу утворення Місяця з прото-Землі в результаті удару сформулювали ще в середині 70-х років 20 ст. Гіпотеза пояснювала таку ключову обставину, як великий розмір супутника в порівнянні з Землею, і її прийняло наукове співтовариство. У 2001 році з'ясувалося, що ізотопний склад різних елементів в земних і місячних породах майже ідентичний. Це не вписувалося в гіпотезу ударного походження Місяця, адже ізотопний склад космічного тіла, яке прилетіло звідкись і врізалося в Землю, повинен був бути іншим. Просто ймовірність збігу його зі складом Землі дуже мала.

Ударна гіпотеза перебувала в кризі, вирішити який міг більш точний ізотопний аналіз порід Землі та її супутника. Однак опублікований в цьому році результат аналізу ізотопів кисню підтвердив, що ізотопний склад зразків обох тіл однаковий. «Це найточніші вимірювання, на які ми здатні, і вони все ще ідентичні. Так що люди вирішили змінити ударну гіпотезу, щоб Місяць походив з земного матеріалу, а не з матеріалу ударного тіла. Є багато моделей, але тільки дві стали лідерами», - сказав Кун Венг (Kun Wang), один з авторів статті, геохімік з Вашингтонського університету.

Модель, запропонована в минулому році, свідчить, що удар тіла об Землю був дуже сильний, так що ударне тіло і мантія Землі випарувалися і змішалися, утворивши щільну атмосферу. Атмосфера заповнила простір об'ємом, який  більш ніж в 500 разів перевищує обсяг нинішньої Землі. При охолодженні тієї ударної атмосфери утворився Місяць.

На думку Венг, сильне перемішування ударної атмосфери пояснює ізотопний склад Землі і Місяця. Мантійна атмосфера була суперкритичний флюїд без явної рідкої або газової фаз. Суперфлюід може текти через тверде тіло, як газ, і розчиняти матеріали, як рідина.

У 2015 році Венг разом з колегою Штайн Якобсеном (Stein Jacobsen) з Гарвардського університету створили технологію аналізу ізотопів калію в десять разів точніше існуючих. У калію три стабільних ізотопи, але тільки двох з них, калію-41 і калію-39, досить для аналізу. Венг і Якобсен вивчили зразки місячних порід, зібраних в різних місіях, і порівняли їх з співвідношенням ізотопів калію в восьми зразках порід земної мантії. З'ясувалося, що місячні породи збагачені калієм-41 на приблизно 0,4 частин на тисячу.

Автори статті упевнені, що тільки повна конденсація калію з пара під час утворення Місяця може пояснити поділ ізотопів калію. Розрахунки показали, що якби цей процес трапився в абсолютному вакуумі, він привів би до збагачення важким ізотопом калію місячних порід до приблизно 100 частин на тисячу. Але високий тиск суперфлюіда придушив фракціонування. З цієї причини учені припустили, що Місяць сконденсувалася при тиску понад 10 бар, що приблизно в 10 разів більше атмосферного тиску на Землі.

Таким чином, дані Венг і Якобсена підтверджують модель мантійної атмосфери, що утворилася при сильному ударі космічного тіла об Землю.