Луна могла сформироваться почти целиком всего за несколько часов после столкновения молодой Земли с протопланетой размером с Марс. Новое моделирование Southwest Research Institute и Университета Аризоны показало, что результат древней катастрофы сильно зависел от температуры и прочности пород двух небесных тел. В одном из сценариев уже примерно через пять часов после удара рядом с Землёй появилась практически готовая Луна. Исследование опубликовано 1 сентября в The Astrophysical Journal Letters.
Результат не означает, что учёные доказали именно такой сценарий рождения Луны. Работа основана на компьютерном моделировании и показывает новый возможный исход гигантского столкновения. Исследователи впервые подробно учли прочность вещества Земли и предполагаемой протопланеты Тейи, тогда как многие предыдущие модели рассматривали сталкивающиеся тела почти как жидкости.
Согласно наиболее распространённой гипотезе, около 4,5 млрд лет назад молодая Земля столкнулась с Тейей, объектом примерно марсианского размера. Классические модели предполагают, что удар разрушил значительную часть Тейи и выбросил вокруг Земли огромное количество раскалённого вещества. Обломки образовали диск, из которого позднее постепенно собралась Луна.
Команда под руководством Адин Дентон решила проверить, насколько сильно результат изменится, если учитывать реальные механические свойства горных пород. Современные методы моделирования позволяют задавать прочность материала в зависимости от температуры. Такой параметр уже заметно менял результаты при моделировании столкновений астероидов и формирования системы Плутон-Харон, но для рождения Луны влияние прочности считалось несущественным.
Расчёты показали обратное. Горячие планетные тела ведут себя слабее и легче разрушаются, а более холодные сохраняют структуру намного лучше. При высокой исходной температуре столкновение разрушало Тейю и создавало массивный диск обломков вокруг Земли. При более холодных условиях значительная часть вещества переживала удар как единая структура и превращалась в спутник за считаные часы.
В одном из расчётов исследователи использовали параметры, близкие к классическим моделям гигантского столкновения, но добавили температурно-зависимую прочность пород. Примерно через пять часов после удара симуляция уже показывала целую Луну на орбите Земли. Другие расчёты приводили к традиционному варианту с протолунным диском и последующей сборкой спутника.
Температура может помочь связать механизм формирования Луны со временем столкновения. Молодые протопланеты сначала остаются очень горячими, а затем постепенно остывают. Более ранний удар между горячими Землёй и Тейей скорее привёл бы к сильному разрушению вещества и появлению диска. Более позднее столкновение уже остывших тел повышает вероятность сохранения крупного фрагмента и быстрого появления спутника. Авторы считают, что такой эффект потенциально позволит точнее определить эпоху рождения Луны.
Модель также может помочь объяснить некоторые свойства современного спутника. Робин Кэнап из SwRI, не участвовавший в исследовании, предположил, что температура Земли и Тейи во время столкновения могла повлиять на количество летучих веществ, сохранившихся в Луне. Пока связь остаётся гипотезой и требует дальнейшей проверки.
Главная загадка гигантского столкновения при этом никуда не исчезла. Земные и лунные породы чрезвычайно близки по составу, хотя при столкновении двух независимо сформировавшихся планет доля вещества Тейи в Луне должна была оставить заметный химический след. Один из возможных вариантов предполагает, что Земля и Тейя изначально сформировались рядом и поэтому имели похожий состав. Новая модель не решает проблему окончательно, но добавляет ещё один фактор, который придётся учитывать при восстановлении первых часов существования системы Земля-Луна.