Моделювання показало що Місяць міг утворитися всього за 5 годин

Місяць міг утворитися всього за кілька годин після гігантського зіткнення молодої Землі з протопланетою розміром із Марс. На це вказують нові комп’ютерні моделі, описані в матеріалі Space Astronomy.

Дослідники врахували, як внутрішня температура молодих протопланет впливала на їхню міцність і поведінку під час удару. Виявилося, що саме ці параметри можуть визначати, чи формується Місяць повільно з тривалого кільця уламків, чи майже миттєво — за лічені години.

Гігантське зіткнення з Тейєю

Сценарій гігантського удару нині вважають провідною теорією походження Місяця. Згідно з ним, ранню Землю вразило тіло розміром із Марс, яке отримало назву Тейя. Класичні моделі, які з початку 2000‑х років розробляє планетолог Робін Кенап (Robin Canup), показують, що косий удар Тейї викинув навколо протоземлі велику кількість уламків, з яких і сформувався Місяць.

Нова робота, очолена Адін Дентон (Adeene Denton) з Південно-Західного дослідницького інституту, пішла далі й змоделювала зіткнення з урахуванням детальніших геологічних властивостей обох тіл, зокрема їхньої матеріальної міцності.

За словами Дентон, моделі останніх років почали включати «міцність матеріалу» — параметр, який особливо важливий для менших тіл, як-от астероїди чи система Плутон–Харон. Команда не була впевнена, чи суттєво це змінить картину для Місяця, але симуляції показали, що вплив виявився значним.

Чому температура протопланет має значення

Результати вказують: тепліші тіла є слабкішими за холодніші. Молоді планети після формування залишалися гарячими всередині, і це зменшувало їхню здатність чинити опір деформації під час удару. Оскільки місяцеутворювальний удар стався відносно рано в історії Сонячної системи, температура Тейї на той момент суттєво вплинула на характер зіткнення.

Коли Тейя врізалася в Землю, вона була повністю зруйнована. Значна частина її залізного ядра занурилася в Землю, а навколо планети утворилося кільце уламків, з якого й виник Місяць. Важливим виявився саме стан зовнішніх сотень кілометрів Тейї: тепліша оболонка легше деформувалася й інакше розсіювала імпульс удару, змінюючи розподіл уламків.

У нових моделях команда Дентон варіювала температуру й міцність матеріалу, щоб простежити, як це впливає на формування диска уламків і подальшу збірку Місяця.

Два сценарії: повільний Місяць і Місяць за 5 годин

Попередні симуляції пропонували два основні варіанти. Перший: уламкове кільце довго існує навколо Землі, а Місяць поступово наростає з цього матеріалу. Другий, показаний у моделях NASA 2022 року, припускає, що Місяць може зібратися з уламків буквально за години.

Моделі Дентон уточнюють, за яких умов можливий кожен із цих сценаріїв. Якщо Тейя була відносно холодною, тобто зіткнення сталося пізніше — приблизно через 100–150 мільйонів років після формування планет, — диск уламків формувався так, що Місяць наростав повільно. У цьому випадку Тейя була міцнішою, і більша її частина зберігалася та зливалася із Землею.

Якщо ж Тейя була гарячішою й удар стався раніше, менш ніж через 60 мільйонів років після народження планет, то зіткнення повністю її руйнувало й створювало масивний диск уламків, з якого Місяць міг утворитися дуже швидко.

Дентон зазначає, що за параметрів, подібних до початкових моделей удару — з однаковими температурними структурами всередині обох тіл, — приблизно через п’ять годин після зіткнення з уламкового диска вже виринає цілком сформований Місяць.

Автори описують це як надзвичайно драматичний епізод в історії Землі: за один день планета отримує супутник і колосальний енергетичний удар.

Що це говорить про сучасний Місяць

Робін Кенап, яка не брала участі в дослідженні, вважає, що нові результати натякають на зв’язок між нинішніми фізичними властивостями Місяця — зокрема його вмістом летких речовин — і термічним станом Землі та Тейї в момент гігантського удару. Це, у свою чергу, може допомогти точніше визначити час події, що сформувала Місяць.

У всіх змодельованих варіантах Місяць складається переважно з мантійного матеріалу Тейї з невеликою домішкою мантії Землі. Це дещо несподівано, адже за складом Місяць дуже схожий на земну мантію. Водночас відомо, що в ізотопному складі є й загадкові відмінності, які нинішні моделі, включно з роботою Дентон, поки що не можуть повністю пояснити.

Наслідки для пошуку екзомісяців

Отримані результати мають значення й для пошуків супутників у інших планетних системах. Якщо Місяць справді міг сформуватися за години, то спостерігати диски уламків навколо кам’янистих екзопланет може бути майже неможливо — такі структури надто короткоживучі.

Інша ситуація з місяцями навколо газових гігантів: їхні диски не є продуктом ударів, а утворюються з матеріалу, що залишився після збирання самих планет. Такі структури можуть існувати значно довше й бути доступнішими для спостережень.

Результати дослідження опубліковані в журналі The Astrophysical Journal Letters. Коротку візуалізацію сценарію гігантського удару та швидкого формування Місяця можна побачити у відео за посиланням на платформі YouTube.