Може ли гигантско въздействие да е изпарило Земята, за да създаде Луната?

В нов обрат на теорията за гигантските удари, нова идея изтъква, че Луната може да се е образувала от изпарените останки на Земята след епичен сблъсък с друго тяло с размер на планетата.

От цялото време и усилия, които хората са положили за наблюдение и изучаване на Луната, има страшно много неща, които все още не знаем за нея, особено когато става въпрос за това как се е образувала.

Повечето планетни учени са съгласни, че нашата Луна е създадена, когато тяло с размери на планетата удари Земята, след като почти напълно се е образувало. Но изглежда не са съгласни с почти всичко останало. Сега група изследователи излязоха с идея, която поддържа т. Нар. Теория на големия Splat : Ако гигантското въздействие първо зачести напълно Земята, Луната може да се е образувала от нашата планета остава.

Голям шал, големи проблеми

Произведение на обект с размер на Марс, сблъскващ се на Земята в началото на историята на Слънчевата система. Много планетни учени смятат, че подобно въздействие хвърли отломките, които в крайна сметка формираха Луната, но сценарият има своите проблеми.
Гети Имидж / Линет Кук

Най-дълго съществуващата теория, разработена през 70-те години на миналия век, предлага обект с масата на Марс да нанесе огромен удар на Земята, изстрелвайки големи количества скала в орбитален пръстен, който се слее за образуване на Луната. По-голямата част от Луната би била направена от материал от мантията на удрящия елемент. Ъгълът на удара придава на системата Земя-Луна текущия ъглов импулс.

Но с годините се появиха проблеми с теорията. От една страна, астрономите не са намерили следи от химическия състав на ударника. Вместо това измерванията на изотопните съотношения на различни елементи - като трите изотопа на кислорода, 16 O, 17 O и 18 O - показват, че Луната и Земята са направени от същите неща. Това е странно, защото всички други тела на Слънчевата система с известни изотопни съотношения имат свои собствени подписи.

Изследователите са се опитали да създадат механизъм, който би могъл да маскира подписа на ударния удар или да го смеси с достатъчно количество земни материали, така че да станат неразличими. Има много възможни механизми: смесване по време и след удара, по-енергично въздействие, което би могло да доведе до повече от материала на Луната, идващ от Земята, или до множество удари, а не до едно.

Нова история за лунен произход

През 2017 г. изследователите Сара Стюарт (Калифорнийския университет, Дейвис) и нейният аспирант Саймън Лок (Харвардския университет) стигнаха крачка напред и предложиха радикален нов подход. Те разработиха компютърни модели, показващи, че когато два обекта планета-маса се сблъскат, един възможен резултат е, че те се превръщат в синестия, маса от изпарена скала и метал, която придобива формата на гигантска поничка, свързана с богата на метал централна издутина. Издутината е оцелялото ядро ​​на планетата. Той е свързан с външен торус, изработен предимно от силикатни скали, който се върти бързо и се разширява отвъд лунната орбита.

Структурата на планета, планета с диск и синестия, всички с една и съща маса.
Саймън Лок и Сара Стюарт

Лок казва, че много изследователи имат проблеми с разбирането за това какво е синестия. „Мнозина смятат, че синестията е нещо, което е нещо като слой на върха на планета, а не да мисли за това, както цялата планета“, казва Лок. „Планетата е синестията.“

Синестията може би е действала като най-добрата смесител - ударният удар и удареното тяло биха постигнали почти пълно химическо равновесие. Сега Лок и Стюарт, заедно с други изследователи, са проучили как може да изглежда земна синестия и доколко техният модел пасва на някои ключови наблюдения на системата Луна-Земя. Резултатите от тях са публикувани онлайн на 28 февруари в списанието за геофизични изследвания .

В техния модел Луната се образува в рамките на орбиталния торус на синестията. Докато скалната пара излъчва топлина и се охлажда, тя започва да се кондензира в капчици течна скала. Парчета твърда скала, изстреляни в орбита от удара, действат като семена, които отделят капчици, прераствайки в луни, които в крайна сметка се сливат заедно.

В крайна сметка синестията се сви под лунната орбита, оставяйки след себе си напълно оформена, но все още разтопена Луна.

Земна синестия: плюсове и минуси

Ключово ограничение за всеки сценарий за лунен произход е обяснението защо Луната има толкова малко летливи елементи, като кислород и въглероден диоксид, в сравнение със Земята. Изследователите са преценили, че торът на синестията би достигнал висока температура и налягане. Когато нещата изстинат, най-лесно изпаряващите се неща остават в газообразна фаза по-дълго, така че по-малко от тях се превръща в Луната.

Моделът на synestia също е по-спокоен в това, което изисква от първоначалното въздействие. Теорията за Големия сплит изискваше тяло с масата на Марс, която току-що пасе Земята, почти да я липсва, така че да се изстреля достатъчно количество материал в орбита. Моделът на synestia е по-гъвкав: Докато ударът освобождава енергията, необходима за създаване на synestia, той работи с голямо разнообразие и ъгли на удара. В резултат на това се увеличава шансът такова събитие, формиращо Луната, да се случи на първо място.

Концепцията на този художник показва горещата, разтопена луна, излизаща от синестия, гигантска въртяща се поничка от изпарена скала, която се е образувала при сблъскване на обекти с размер на планетата. Синестията е в процес на кондензация за образуване на Земята. Илюстрацията на synestia се основава на изобразяването на НАСА от протопланетен диск.
Сара Стюарт

Така че, ако събитията, образуващи Луна, са по-вероятни, тогава защо не виждаме по-големи Луни около земните планети? Нашият размер на извадката може да е твърде малък, отговори Lock. "Може да се наложи да изчакаме, докато можем да изучим екзомони, за да можем да разберем колко често са големи Луни", казва Лок.

Досега моделът на synestia произвежда смесени реакции в редиците на планетарните учени. Някои от тях го приветстват като потенциално решение за ограниченията на гигантската теория на въздействието, но други остават скептични.

„Много от нас биха искали по-естествен сценарий, който прави повече или по-малко неизбежно, че Луната ще има по същество същия изотопичен състав като Земята“, казва планетарният учен Джей Мелош по време на неотдавнашен разговор с Sky & Telescope .

В бъдеще екипът планира да усъвършенства някои аспекти на модела, които в момента са слабо разбрани. „В някои аспекти това е почти доказателство за концепцията“, казва Лок. Подобряване на разбирането им за сложните гравитационни взаимодействия между образуващата се Луна и нейната околна среда, както и спецификата на взаимодействието на изпарените и течни материали в рамките на охлаждащия торус са сред най-непосредствените им цели.