Модель ударного формування Місяця

Один з варіантів Гігантського зіткнення. Вид з південного полюса Сонця

Модель ударного формування Місяця (вживається також термін «модель мегаімпакту», «гігантське зіткнення» (від англ. Giant impact) та ін.) — одна з поширених гіпотез формування Місяця. У відповідності до цієї моделі, Місяць виник в результаті зіткнення молодої Землі та об'єкта, за розмірами подібного до Марса. Цей гіпотетичний об'єкт іноді називають Тейя на честь однієї з сестер-титанід, матері Геліоса, Еос та Селени (Місяця).

Дані, отримані в рамках місії «Аполлон», згідно з якими співвідношення ізотопів титану в місячних зразках збігається із земним, потребують перегляду існуючих моделей формування Місяця з врахуванням ізотопної однорідності. В даний час існує декілька модифікацій теорії зіткнення, які дають змогу пояснити цю однорідність. Зокрема, Тейя могла бути масивнішою, ніж вважалося досі, або Місяць міг остигати довше.

Доказами справедливості цієї гіпотези вважаються:

• Зразки місячного ґрунту, які вказують на те, що поверхня Місяця колись була розплавленою.
• Відносно мале ядро Місяця з сірчистого заліза.
• Свідчення подібних зіткнень в інших зоряних системах з утворенням залишкового диску.
• Схожу орієнтацію обертання Землі та Місяця.
• Менша густина Місяця порівняно з Землею.
• Великі зіткнення відповідають теорії створення Сонячної системи.
• Співвідношення стабільних ізотопів місячної та земної порід ідентичні та можуть мати спільне походження.

Однак залишилось декілька питань, пов'язаних з цією гіпотезою, які так і не отримали пояснення. До них можна віднести: відсутність у місячних зразках очікуваного процентного вмісту летких елементів, оксидів заліза або сидерофільних елементів, а також відсутність доказів того, що Земля колись мала океани магми, що припускається цією гіпотезою.

Вперше теорію гігантського зіткнення висунули Вільям К. Гартман та Дональд Р. Девіс в 1975 році у статті, надрукованій в журналі «Icarus».

Сценарій зіткнення

4,533 мільярдів років тому, невдовзі після формування, Земля зіткнулася з протопланетою Тейя. Удар припав не по центру, а під кутом (майже по дотичній). В результаті більша частина речовини об'єкта, який вдарився, і частина речовини земної мантії були викинуті на навколоземну орбіту. З цих уламків зібрався прото-Місяць і почав обертатися по орбіті з радіусом близько 60 000 км. Земля в результаті удару отримала різкий приріст швидкості обертання (один оберт за 5 годин) і помітний нахил осі обертання.

З комп'ютерної моделі цієї події було зроблено висновок, що Місяць набув своєї сферичної форми протягом від одного року до ста років після зіткнення.

Свідчать про таке зіткнення зібрані екіпажами космічних апаратів «Аполлон» зразки місячних порід, які за складом ізотопів кисню майже ідентичні речовині земної мантії. При хімічному дослідженні цих зразків не виявлено ні летких сполук, ні легких елементів; вважається, що вони були «випарувані» при надзвичайно сильному нагріві, який супроводжував утворення цих порід. Сейсмометрією на Місяці були виміряні розміри її залізо-нікелевого ядра, яке виявилось меншим, ніж вважалося іншими гіпотезами утворення Місяця (наприклад, гіпотезою одночасного формування Місяця та Землі як наслідок синестії ). Водночас, такий малий розмір ядра добре вписується в теорію зіткнення, в якій вважається, що Місяць сформувався в основному з викинутої при ударі більш легкої речовини мантії Землі та тіла, що зіткнулося з нею, в той час як важке ядро цього тіла занурилося і злилося з ядром Землі.

Крім самого факту існування Місяця, теорія пояснює і дефіцит в земній корі фельзичних («світлих») і проміжних порід, яких недостатньо для повного покриття поверхні Землі. В результаті ми маємо материки, які складаються з відносно легких фельзичних порід, і океанічні басейни, які складаються з темніших і важчих металовмісних порід. Така різниця в складі порід дозволяє функціонувати системі тектонічних рухів літосферних плит, які утворюють земну кору.

Також вважається, що нахил земної осі і саме обертання Землі — результат саме цього зіткнення.

Тейя

Докладніше: Тейя

Тейя сформувалася в точці Лагранжа L4, потім перейшла на хаотичну орбіту, наблизилася до Землі та зіткнулася з нею. Одна «петля» орбіти займає один рік. Земля показана нерухомою (система відліку, що обертається)

На думку деяких вчених, зіткнення тіла розміром як Марс із Землею під таким кутом, щоб не зруйнувати планету, у поєднанні з «вдалим» кутом нахилу осі Землі (який забезпечує зміну пір року), плюс створення умов для потужної літосферної тектоніки (яка забезпечує відтворення «вуглецевого циклу»), — все це може бути свідченням на користь малої ймовірності виникнення життя взагалі, і, відповідно, вкрай малої ймовірності існування життя у найближчих областях Всесвіту. Ця гіпотеза отримала назву «гіпотеза виняткової Землі» (англ. Rare Earth).

Однак у статті, яка вийшла в 2004 році Едвард Белбруно і Річард Готт зробили припущення, що гіпотетична протопланета Тейя, яка зіткнулася з Землею, могла сформуватися в одній з точок Лагранжа системи Земля–Сонце — L₄ або L₅, а потім перейти на хаотичну орбіту, наприклад в результаті гравітаційних збурень з боку інших планет, і вдарити Землю на більш-менш низькій швидкості.

Такий механізм суттєво підвищує ймовірність зустрічі небесного тіла із Землею при певних параметрах зіткнення. Моделювання, проведене в 2005 році д-ром Робін Кенап, показало, що супутник Плутона Харон міг також утворитися приблизно 4,5 мільярда років тому від зіткнення Плутона з іншим тілом з поясу Койпера, діаметром від 1600 до 2000 км, яке вдарило планету на швидкості 1 км/с. Кенап вважає, що такий процес формування супутників планет міг бути звичною справою в молодій Сонячній системі. Такі планети на нестабільних орбітах пропадають дуже швидко після виникнення планетної системи, і обертання сучасних планет може пояснюватися цим механізмом.

В такому випадку «гіпотеза унікальної Землі» зводиться лише до певного положення планети в нашій зоряній системі, великій кількості рідкої води на поверхні і важкому супутнику на низькій орбіті, який створює гігантські припливи і перемішує вміст океану протягом мільярда років.

Див. також

• Походження Місяця — огляд різних гіпотез походження Місяця

Література

• Dana Mackenzie, «The Big Splat, or How Our Moon Came to Be», 2003, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-15057-6.(англ.)
• D.V.Voronin «Generation of the Moon and Some Other Celestial Bodies due to Explosion in Planet Interiors^{[недоступне посилання з квітня 2019]}» INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOLOGY Issue 2, Vol. 1, 2007(англ.)
• Алексей Левин «Прекрасная Селена» «Популярная механика» № 5, 2008(рос.)

Посилання

• Planetary Science Institute(англ.) — сторінка по Теорії гігантського зіткнення.
• Southwest Research Institute(англ.)
• Computer modelling of the moon’s creation(англ.)
• Southwest Research Institute(англ.) — повідомлення про теорію походження Харона в результаті зіткнення.