Новое исследование швейцарских ученых из Федерального института в Цюрихе отхватило от возраста Луны примерно 30 миллионов лет. По данным научной группы под руководством Матьё Тубуля из Института изотопической геохимии и минеральных ресурсов в швейцарском Цюрихе, спутник Земли не мог сформироваться раньше, чем 60 миллионов лет после начала формирования планет Солнечной системы – события, датируемого в настоящее время примерно 4 568 миллионами лет назад.
Результаты анализа изотопов образцов лунных пород, опубликованные в последнем выпуске Nature, показывают, что столкновение протоземли с подобным Марсу объектом произошло примерно через 60 миллионов лет после этого, а не 30, как считалось до сих пор. Этот катаклизм по большей части завершил процесс формирования нашей планеты и выбросил в космос огромное количество вещества, сформировавшего наш естественный спутник.
Считается, что к тому моменту Земля уже более или менее сформировалась, однако чудовищное столкновение привело к расплавлению вещества, образовывавшего планету, и формированию толстого слоя магмы на поверхности Земли. В результате большая часть тяжелых металлов расплавилась и «утекла» к центру планеты и образовала её металлическое – железное по большей части – ядро. Расплавленные силикаты сформировали мантию, а лёгкие оксиды, затвердев, земную кору. Кроме того, на осколках мирозданья произошло формирование спутника Земли.
В то же время произошло образование диска брызг – расплавленных осколков от столкновения прото-Земли и безымянного на сегодняшний день тела, имевшего размеры современного Марса. Со временем кусочки материи слипались и в итоге образовали единственный спутник нашей планеты.
Одна из первых математических моделей, описывающих формирование и затвердевание Луны была представлена в 2001 году в журнале Nature.
Исследования швейцарских ученых призваны показать, что на самом деле картина формирования Луны несколько сложнее.
Работа ученых базируется на анализе содержания изотопов металлического свинца в лунных породах. В частности, изотоп вольфрама-182 в природе образуется двумя путями: при распаде гафния-182 (182Hf→182W), имеющего период полураспада около 9 миллионов лет, и тантала-182 (182Ta→182W). Тантал не является реликтовым естественным изотопом, а образуется в ходе бомбардировки поверхности Луны высокоэнергетическими заряженными частицами – космическими лучами. В результате этой ядерной реакции ядра атомов тантала-181 получают еще один нейтрон и образуют тантал-182. (181Ta + n0 → 182Ta)
Расчеты возраста Луны, сделанные прежде на основе содержания вольфрама-182 в её коре, не учитывали процесс распада тантала. Как оказалось, вольфрама-182, образованного в ходе распада тантала, вполне достаточно, чтобы накинуть Луне лишние 30 миллионов лет.
Учет тантала в производстве вольфрама сместил столкновение Земли с марсоподобным небесным телом на 20 миллионов лет вперёд – оно произошло через полсотни миллионов лет после начала формирования планет Солнечной системы. Оформление же Луны как небесного тела завершилось еще десятью миллионами лет позже — итого минус 30 миллионов лет из жизни спутника Земли.
Первый этап формирования Солнечной системы – слипание микроскопических пылинок протопланетного диска в крупные, размером в десятки и сотни метров каменные глыбы – завершился примерно 4 568 +/-1 миллион лет.
Фредерик Муанье и Цинчжу Инь из Университета Калифорнии в Дэвисе совместно со своим аспирантом Бенджамином Джакобсеном установили эту дату, проанализировав содержание изотопов хрома 53Cr и марганца 53Mn в углистых хондритах – метеоритах одного из типов, считающихся одними из самых древних компонент Солнечной системы.
Углистые хондриты состоят из силикатных глобул и микроскопических частичек металлов среди богатой органикой «матрицы». В глобулах находят больше хрома, в матрице – марганца. Известно, что соотношение относительных содержания марганца и хрома и относительной доли матрицы к массе метеорита очень хорошо коррелируют.
Хондриты слишком малы, чтобы тепло радиоактивного распада внутри их могло вызвать расплав материала и перемешивание изотопов. Измерив содержание хрома-53, можно выяснить, сколько марганца-53 находилось в метеорите изначально, и получить возраст метеорита. Сравнив его с возрастом других, расплавленных в прошлом метеоритов, учёные смогли показать, что крупные глыбы образовались не ранее 4 567 и не позже 4 569 миллионов лет назад.
Позднее эти глыбы объединились примерно в пару десятков «протопланет» массой, примерно соответствующей массе Марса, а позднее, сталкиваясь, объединились в те планеты земной группы, которые нам сейчас известны – Меркурий, Венера, Марс и система Земля-Луна.
По мнению специалиста Космического центра NASA имени Джонсона, планетолога Алана Брендона, статья которого сопровождает результаты группы Тубуля в Nature, ученого из Космического центра НАСА имени Джонсона в Хьюстоне, процесс формирования Земли и Марса и набора ими массы мог быть еще продолжительнее и занять сотни миллионов лет.
Кроме того, Брендон отметил, что состав поверхности луны, в частности, соотношение стабильных изотопов вольфрама 184W/182W, как показали швейцарцы, очень напоминает состав земной мантии, что указывает скорее на её «земное» происхождение, нежели на осколочное. Это идет вразрез с рядом теоретических моделей, описывающих формирование Луны из осколков марсоподобного тела. В связи с этим, Брендон предлагает пересмотреть эти теоретические выкладки с целью объяснить сходство состава лунных пород и мантийных слоев Земли.
С другой стороны, из работы швейцарцев следует, что Луна образовалась как минимум на 16 миллионов лет позже формирования ядра нашей планеты. Это вызывает вопрос: каким образом произошло его формирование в отсутствие слоя расплавленной магмы на поверхности? Скорее всего, столкновение с марсоподобной планетой, по словам Брендона, не являлось единственной причиной формирования ядра, образовавшегося на более ранних этапах формирования Земли. Столкновение же могло лишь добавить дополнительный вклад.
