Понад сорок років домінує уявлення, що Місяць виник унаслідок величезного зіткнення молодої Землі з протопланетою розміром із Марс, яку науковці умовно назвали Тейя. Класична версія цієї гіпотези описує повільний і поетапний процес: удар розбиває Тейю, навколо Землі утворюється розжарений диск уламків, і лише згодом, протягом місяців чи навіть років, ця речовина поступово збирається в супутник. Нове дослідження, проведене фахівцями Південно-західного дослідницького інституту (SwRI) спільно з Університетом Аризони, ставить під сумнів універсальність цього сценарію — і пропонує альтернативу, що виглядає набагато драматичнішою.

Що показало нове моделювання

Команду очолила планетологиня Адін Дентон, яка раніше працювала над моделюванням формування системи Плутон-Харон. Саме той досвід підказав їй ключову ідею: у попередніх моделях зіткнення Землі й Тейї речовину обох тіл фактично прирівнювали до рідини, вважаючи, що механічна міцність гірських порід при такому потужному ударі не має значення. Дентон вирішила перевірити це припущення за допомогою методу згладжених часток (smoothed particle hydrodynamics), додавши до розрахунків реальні фізичні властивості речовини — зокрема її міцність і залежність цієї міцності від температури.

Результат виявився несподіваним навіть для самих дослідників. За словами Дентон, вплив цього фактора виявився значно більшим, ніж очікувалося. Коли вчені відтворили параметри, близькі до класичних моделей зіткнення, включно з однаковим температурним профілем усередині обох тіл, — цілісний Місяць сформувався приблизно за п'ять годин після удару, замість тривалого осідання речовини з диска уламків.

Температура — головний фактор, що визначає долю супутника

Ключова змінна в нових розрахунках — не сила удару чи кут зіткнення, а тепловий стан обох тіл до зіткнення. Розігріта гірська порода механічно слабша й легше руйнується, тоді як холодніша речовина зберігає більшу міцність і опирається деформації. Оскільки протопланети на ранніх етапах формування зазвичай гарячіші, а з часом охолоджуються, тепловий стан Тейї й Землі безпосередньо пов'язаний із тим, коли саме в історії Сонячної системи могло статися зіткнення.

Якщо обидва тіла були дуже гарячими й, відповідно, слабкими, удар практично знищував Тейю, і навколо Землі формувався масивний розпечений диск уламків, з якого Місяць поступово збирався протягом тривалого часу — цей сценарій відповідає класичним уявленням. Але за холодніших умов, які, за розрахунками команди, більше відповідають пізнішому за часом зіткненню, результат був іншим: замість дифузного диска на орбіту виходило велике цілісне тіло, яке практично одразу ставало супутником Землі.

Що це означає для науки про походження Місяця

Дослідження, опубліковане в журналі The Astrophysical Journal Letters, не стверджує, що Місяць обов'язково сформувався саме за п'ять годин. Головний висновок інакший: подібний швидкий сценарій фізично можливий за певних умов, а це означає, що сама природа народження Місяця — поступова акреція з диска чи майже миттєве захоплення цілісного тіла — могла залежати від того, на якому етапі остигання перебували Земля й Тейя в момент зіткнення. Це відкриває новий спосіб непрямо оцінювати час гіпотетичного удару, спираючись на теплову історію молодої Землі.

Утім, нова модель не знімає одну з найвідоміших проблем теорії гігантського зіткнення — так звану "місячну ізотопну кризу". Зразки місячного ґрунту, доставлені експедиціями "Аполлон", за ізотопним складом кисню, титану, хрому та інших елементів практично невідрізнювані від земних порід, тоді як за класичними моделями більша частина речовини Місяця мала б походити саме з мантії Тейї — тіла, яке формувалося в іншій частині Сонячної системи й тому мало б інший ізотопний "відбиток". Дентон припускає, що Тейя й Земля могли утворитися з однієї й тієї самої області протопланетного диска, тоді як Марс із його помітно відмінним складом сформувався значно далі. Це припущення ще належить перевірити майбутніми моделями, які поєднають нові дані про міцність речовини з ізотопною головоломкою.