Теория о планете Тея, которая объясняет, как столкновение с Землей привело к образованию Луны
В мифологии Сибири часто встречается легенда о том, как Луна пытается опуститься на Землю, чтобы ее схватила злая ведьма - хтоническая богиня (Хоседэм у кетов, Ылэнтой-котой у селькупов). Солнце приходит на помощь и пытается освободить Луну из объятий колдуньи, однако она уцепляется за него крепко, в результате чего Месяц разрывается пополам.
Тея - вымышленная планета, которая предположительно существовала в рамках теории о гигантском столкновении, приведшем к формированию Луны. Гипотеза о существовании Теи помогает объяснить ряд необычных явлений в химическом составе Земли и Луны, включая высокую схожесть их изотопов. На сегодняшний день нет прямых доказательств существования планеты Тея, но многие компоненты этой теории находят подтверждение в данных геологии и астрономии.
В этой статье мы погрузимся в изучение мира астрономии и поговорим о захватывающих открытиях исследования Теи. Рассмотрим, как ученые пришли к выводу о существовании этой планеты, и обсудим возможные последствия ее столкновения для геологии Земли и формирования ее естественного спутника. Эта тема остается в центре внимания ученых, вдохновляя их на новые открытия и не переставая быть одной из самых увлекательных в области планетологии.
Издавна существует гипотеза о том, что Луна является частью Земли, отделившейся при столкновении нашей планеты с другим космическим объектом. Предполагается, что этот объект является еще одной планетой, названной Тейя. Исследования, опирающиеся на сложные компьютерные модели, и недавние подтверждения с применением радиоуглеродного метода поддерживают эту теорию.
Однако ученые утверждают, что имеется еще много нераскрытых аспектов этой загадочной теории. Несколько групп исследователей обнаружили, что массивные аномалии в мантии Земли, известные как обширные области с замедленным движением, на самом деле представляют собой остатки планеты Тейя.
Английский геохимик Алекса Холлидея назвал ее в честь титаниды, по легенде породившей в греческой мифологии богиню Луны - Селену.
Происхождение Луны остается загадкой для современных ученых, хотя теория гигантского столкновения Земли с Тейей считается одной из наиболее вероятных. В то же время существуют и другие гипотезы, относящиеся к этому удивительному астрономическому явлению. Планета Тея столкнулась с Землей примерно 4.5 миллиарда лет назад, что в конечном итоге привело к формированию Луны. Эти открытия были опубликованы в престижном журнале Nature.
Следуя после столкновения, образовавшиеся осколки постепенно сливались вместе, остывали и затвердевали, образуя Луну. Ученые из Аризонского университета в США соединили анализ гравитационного поля спутника Земли с моделями ее самой ранней эволюции и раскрыли, что происходило внутри Луны после ее возникновения из остывшего моря первичной магмы. Таким образом, им удалось расшифровать давно изучаемую тайну этого небесного тела, связанную с его "несбалансированной" геологией.
Исследование основано на результатах гидродинамического моделирования данных за 2019 год, которые демонстрируют, что столкновение планеты размером с Марс могло привести к расслоению мантии Земли на глубине около 1300 километров. В результате такого события верхний слой мантии превратился в океан магмы, образовавшийся в результате смешивания материала ранней Земли с веществом Тейи, тогда как нижний слой сохранил свой первоначальный состав. Ученые оценивают, что около 1.6-2% массы Земли составляют вещества Тейи. Со временем верхний расплавленный слой начал постепенно остывать, а его элементы постепенно накапливались на границе между ядром Земли и ее мантией, где они сохранились в течение 4.5 миллиарда лет.
На протяжении 5 миллиардов лет ученые изучали внутреннюю структуру Земли. Для более детального исследования вещества в слое Тейи, они применили точные моделирования. В результате были обнаружены две аномальные зоны на границе ядра и мантии, известные как крупные области с низкой скоростью сдвига (LLVP). Эти области были ранее выявлены с помощью сейсмического картографирования и находятся под земным массивом Африки и Тихого океана. Они огромны по размерам, составляя около шести процентов объема всей планеты. Например, тихоокеанская LLVP имеет диаметр около 3000 километров.
Исследователи пояснили, что эти тяжелые минералы имеют большую плотность, чем скрытая под ними мантия Луны. Это привело к нарушению равновесия гравитации спутника Земли. Неизвестно, каким образом, но со временем эти плотные материалы начали погружаться глубже, смешиваясь с мантией Луны. Растворившись, они снова поднимались на поверхность в виде лавы, обогащенной титаном, что мы можем наблюдать и сегодня.
Эти участки обладают специфическим свойством снижения скорости распространения поперечных волн (S-волн), характерных для твердых и вязких сред.
Исследования показывают значительные различия в составе литосферических и латерально-галеокоровых верхних частей мантии Земли по сравнению с остальной мантией. Существует несколько гипотез относительно происхождения этих аномалий, включая возможность расслоения мантии или наличие остатков океанической коры после столкновения Земли с другой планетой в древние периоды Солнечной системы. Однако ни одна из перспективных гипотез не объясняет наличие летучих веществ в латерально-галеокоровых верхних частях мантии.
Специалисты предполагают, что данные компоненты были позаимствованы из Тейи во время формирования протопланетной туманности за пределами орбиты Юпитера и затем остались там до столкновения с Землей. Для подтверждения, что латерально-галеокоровые верхние части мантии действительно представляют собой остатки от Тейи, ученые провели моделирование процесса погружения материала из Тейи в мантию Земли, учитывая его химический состав.
По результатам компьютерного моделирования столкновения планет Тейи и Земли, проведенного в Центре изучения космоса и его обитаемости в Берне, было высказано предположение о том, что Тейя в значительной степени превосходила Землю по размерам. После столкновения по касательной без значительных потерь своего вещества Тейя продолжила движение. Согласно этой гипотезе, Луна образовалась из выброшенных на орбиту частей Земли в результате упомянутого столкновения.
После столкновения с Тейей, которое привело к формированию Луны, ожидалось, что химический состав лунных пород будет отражать состав мантии Тейи. Исследования показывают, что мантия Луны содержит значительное количество FeO и имеет низкое соотношение дейтерия к водороду. Моделирование указывает на то, что это можно объяснить, предположив, что масса FeO в мантии Тейи составляла от 13% до 18% массы всей мантии этой протопланеты.
Однако остается вопрос: при возникновении гравитационного взаимодействия, ильменит ли опустился в мантию постепенно или быстро после полного затвердения Луны? Распределение вещества по всей поверхности спутника и его последующее поднятие у проксимального края остаются предметом споров, а также вопрос о том, сдвинулся ли материал к данной точке перед погружением в мантию.
В своем новом исследовании ученые сравнили модель оседания слоя вещества, содержащего железо и титан, с рядом линейных гравитационных аномалий, выявленных миссией GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory, программой NASA по изучению гравитационного поля и внутреннего строения Луны).
Продолжение на сайте Птолемеевского университета