Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain
Физик, химик и математик заходят в бар. Это звучит как начало плохой шутки, но в моем случае это было началом идеи, которая могла бы изменить взгляды ученых на историю Луны.
Мы все трое интересовались Луной, но с разных точек зрения: как геофизик, я думал о ее внутренней части; Торстен Кляйне изучал его химию; и Алессандро Морбиделли хотел знать, что формирование Луны может рассказать нам о том, как образовались планеты 4,5 миллиарда лет назад.
Когда мы собрались вместе, чтобы обсудить, сколько лет Луне на самом деле, наличие этих нескольких точек зрения оказалось решающим.
Как образовалась Луна?
На конференции на Гавайях в конце 1980-х годов группа учёных решила проблему формирования Луны. Их исследования показали, что объект размером с Марс врезался в раннюю Землю, выбросив расплавленный материал в космос. Этот светящийся материал слился в тело, которое теперь называется Луной.
Эта история объясняет многие вещи. Во-первых, на Луне очень мало материала, который легко испаряется, например воды, потому что жизнь на ней началась в расплавленном состоянии. У него лишь крошечное железное ядро, потому что оно в основном образовалось из внешней части Земли, в которой очень мало железа. И у него есть плавучая корка белого цвета, состоящая из минералов, которые всплыли на поверхность, когда расплавленная луна затвердела.
Светящаяся недавно сформировавшаяся луна изначально находилась очень близко к Земле, примерно на расстоянии, на котором вращаются телевизионные спутники. Ранняя Луна вызвала бы гигантские приливы на ранней Земле, которая сама по большей части была расплавленной и быстро вращалась.
Эти приливы забрали энергию вращения Земли и передали часть ее на орбиту Луны, медленно отталкивая Луну от Земли и замедляя при этом вращение Земли. Это движение продолжается и сегодня — Луна по-прежнему удаляется от Земли примерно на два дюйма в год.
По мере удаления Луны она проходила через определенные точки, где ее орбита временно нарушалась. Эти орбитальные возмущения были важным компонентом ее истории и являются ключевой частью нашей гипотезы.
Когда образовалась Луна?
Когда Луна на самом деле образовалась и удалилась от Земли, остается щекотливым вопросом.
Благодаря астронавтам Аполлона у ученых есть коллекция лунных камней, возраст которых они могут измерить. Возраст самых старых пород составляет около 4,35 миллиардов лет, что примерно на 200 миллионов лет позже рождения Солнечной системы.
Многие геохимики, такие как мой коллега Торстен Кляйне, предположили (и небезосновательно), что возраст этих пород такой же, как возраст Луны.
Но людям вроде Алессандро Морбиделли, изучающего формирование планет, этот ответ не очень понравился. В их моделях планеты поглотили большую часть материала, плававшего вокруг ранней Солнечной системы, задолго до того, как прошли 200 миллионов лет. Гигантский удар, образующий луну, в такое позднее время, как предполагали образцы горных пород, казался маловероятным.
Что мы предложили?
Вот тут-то и пришли на помощь Кляйне, Морбиделли и я. Мы последовали предположению исследования 2016 года, которое показало, что Луна может время от времени испытывать экстремальные нагревания во время своего медленного удаления от Земли.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса с более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Этот нагрев происходит так же, как на гиперактивном вулканическом спутнике Юпитера Ио. Форма меньшего тела сжимается и растягивается приливами большого тела. И точно так же, как резиновый мяч нагревается, если его достаточно сжать, так же нагреваются и камни на Ио и Луне.
Все камни содержат маленькие внутренние часы — радиоактивные элементы, которые распадаются и позволяют исследователям определить возраст камня. Но вот ключевой момент: если Луна достаточно нагреется, ее часы потеряют память и начнут записывать время только после того, как Луна снова остынет.
Итак, на этой фотографии скопление камней возрастом около 4,35 миллиардов лет говорит нам не о том, когда образовалась Луна, а о том, когда она прошла через это приливное нагревание. Это означает, что формирование Луны должно было произойти раньше.
Ранняя дата образования удовлетворяет физиков, изучающих формирование планет, но объясняет, что более поздняя датировка, зафиксированная по камням, связана с приливным разогревом.
Что дальше?
Как это часто бывает в науке, к одной и той же идее пришли одновременно две группы. Наша группа сосредоточилась на событии приливного нагрева, которое произошло, когда Луна была довольно далеко от Земли, в то время как исследования Стива Деша из Университета штата Аризона указывают на событие, которое произошло, когда Луна была ближе. Выяснение того, какая из этих двух гипотез верна, займет некоторое время — и, возможно, ни одна из них не верна.
Для проверки этих гипотез потребуется больше образцов с Луны. К счастью, китайская миссия «Чанъэ-6» только что вернула образцы с темной стороны Луны в июне 2024 года. Если эти образцы также покажут множество камней, возраст которых составляет около 4,35 миллиардов лет назад, это согласуется с нашей историей. Если возраст намного старше, нам придется придумать новую историю.
Очень часто в науках о Земле и планетах геохимики и геофизики выдвигают разные и противоречивые гипотезы. Это происходит отчасти потому, что в этих областях используются разные виды измерений, но также и потому, что они говорят на очень разных научных языках. Преодолеть этот языковой барьер сложно.
Наше исследование является примером того, как (иногда) преодоление лингвистического и научного разрыва может принести пользу исследователям с обеих сторон.
Информация от: Разговором
