Луна могла образоваться значительно быстрее, чем предполагают традиционные модели. Новые расчеты, проведенные Southwest Research Institute (SwRI) в сотрудничестве с исследователями из Университета Аризоны (США), показывают, что естественный спутник Земли мог появиться практически целым примерно через пять часов после гигантского планетарного столкновения.
Исследование пересматривает гипотезу о том, что Луна возникла после того, как небесное тело размером с Марс, названное Theia, врезалось в формирующуюся Землю. Основное новшество заключается во включении в симуляции геологической прочности материалов, участвующих в столкновении, и того, как это свойство меняется в зависимости от температуры.
Результаты демонстрируют, что эта характеристика, которая ранее считалась незначительной в исследованиях из-за огромной энергии удара, способна существенно изменить процесс формирования Луны.
Одним из ключевых факторов, выявленных в работе, является температура. Более горячие тела более хрупкие, чем более холодные. Следовательно, температура Земли и Theia в момент столкновения может определить, разрушит ли удар полностью тело, врезавшееся в планету, или часть этого тела останется практически нетронутой.
В некоторых сценариях удар разрушает Theia и рассеивает огромное количество материала вокруг Земли. Этот материал образует облако обломков, которое впоследствии собирается в Луну. Однако в других случаях прочность материалов позволяет захватить удар практически целой Луной.
Дентон объяснила, что «в зависимости от того, насколько горячи Земля и Theia перед столкновением, удар может уничтожить Theia и создать это огромное облако обломков, которое в конечном итоге сформирует Луну».
Но при использовании в новых симуляциях тех же параметров, что и в первых моделях формирования Луны, включая внутренние структуры с эквивалентными температурами, исследовательница обнаружила иной результат: целая Луна появилась примерно через пять часов.
Таким образом, результаты указывают на два возможных пути. Первый — столкновение превращает часть участвующих тел в большое количество обломков, которые остаются вращаться вокруг Земли. Со временем этот материал объединяется и формирует Луну. Второй — специфическое сочетание прочности материалов и температур позволяет удару создать практически целую Луну всего через несколько часов после столкновения.
Симуляции с различными температурами поверхности — приблизительно 126,8 °C, 526,8 °C и 1726,8 °C — продемонстрировали, как меняется эволюция системы в зависимости от тепловых условий участвующих тел.
По мнению исследователей, протопланеты обычно начинают свою историю очень горячими и постепенно остывают. Это создает потенциальную связь между моментом столкновения, сформировавшего Луну, и тем, как спутник сформировался изначально.
Данное исследование является первым, которое показывает, что прочность материалов и температура играют центральную роль в определении того, возникнет ли Луна целой или будет построена позже из диска материала, обработанного столкновением. Результаты также могут дать подсказки о моменте возникновения удара, породившего систему Земля-Луна.
Робин Кануп, вице-президент отдела науки и исследования Солнечной системы SwRI и один из исследователей, ответственных за предыдущие работы по гипотезе большого удара, заявила, что открытия могут установить связь между физическими свойствами, наблюдаемыми в настоящее время на Луне — включая, возможно, ее содержание летучих элементов — и термическим состоянием Земли и Theia в момент столкновения. По ее словам, эта связь может помочь ученым лучше сузить период, когда произошло событие, сформировавшее Луну.
Однако состав Земли и Луны остается открытым вопросом. Одна из версий заключается в том, что Theia и прото-Земля сформировались в схожем регионе протопланетного диска, в то время как Марс появился дальше. Дентон сравнила: «Поскольку Земля и Марс сформировались в одном регионе Солнечной системы, они как братья. А Луна и Земля больше похожи на родных близнецов».
Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters. Статья «Lua pode ter se formado inteira em apenas cinco horas após colisão com a Terra» впервые появилась в Olhar Digital.