Хипотезата за гигантския удар (Тея): как се образува Луната

Хипотезата за гигантския удар (Тея): как сблъсък между младата Земя и протопланета е създал Луната — доказателства, изотопни загадки и нови научни данни

Хипотезата за гигантски удар е, че Луната е създадена от отломки от сблъсъка между младата Земя и протопланета с размерите на Марс. Това е предпочитаната научна хипотеза за образуването на Луната. Според нея ударът е настъпил в ранните фази на Слънчевата система, вероятно преди около 4.5 милиарда години, и е довел до изпарение и разпръскване на голяма част от мантията на сблъскващите се тела, което е формирало пръстеноподобен диск от горещи скали и пара около Земята. От този диск в последствие се е кондензирала и агломерирала Луната.

Как протича процесът

В основния вариант на хипотезата едно тяло с маса приблизително колкото Марс (понякога наричано Тея, на името на митичния гръцки титан, майка на Селена) се сблъсква с ранната Земя при висока скорост и под сравнително голям ъгъл. Ударът:

• режеше външни слоеве на мантията и образува дископодобна атмосфера/плазма около Земята;
• част от материалът остава на орбита и постепенно кондензира в по-големи тела, които коалесират до Луната;
• част от масата на протопланетата и на Земята се връща обратно към планетата или се разпръсква в междупланетното пространство.

Симулациите на хидродинамичните процеси показват, че такъв вид удар може да обясни голямата маса и орбиталния ъгъл на Луната, както и високия общ ъгъл на въртене (ъглов момент) на системата Земя–Луна.

Доказателства в подкрепа на хипотезата

Доказателствата за тази хипотеза идват основно от анализа на лунни проби и от астрофизични наблюдения и симулации. Основните емпирични пунктове са:

1. повърхността на Луната някога е била разтопена — лунните скали показват признаци на масивно топене и последващо кристализиране (понятието „луна магмен океан“), което съответства на формиране от гореща, енергично освободена материя;
2. очевидно сравнително малкото желязно ядро на Луната и по-ниската плътност от тази на Земята — това е в съответствие с идея, че Луната се е сформирала предимно от изплавени и изпарени външни сили на мантията, а железните, по-тежки компоненти са останали предимно в Земята;
3. доказателства за подобни сблъсъци в други звездни системи — наблюдавани са дискове от отломки и признаци на големи сблъсъци около млади звезди, което показва, че такива процеси са естествена част от формирането на планети.

Към това се добавят и модели, които показват как от орбитален диск може сравнително бързо да се акумулира един голям сателит, както и факта, че орбиталните и динамични параметри на системата Земя–Луна са удобни за сценарий с голям удар.

Неясноти и съвременни варианти на обяснение

Въпреки че хипотезата обяснява много наблюдавани характеристики, има няколко важни нерешени въпроса:

• Изотопно сходство: изотопните съотношения на кислорода, титаний (Ti), хром (Cr) и други стабилни изотопи в пробите от Луната са почти идентични с тези на Земята, което изглежда противоречи на простия сценарий, при който Луната произлиза предимно от материал на външна планета (Тея). Това означава, че или Тея е имала изотопен състав много подобен на Земята, или е имало ефективно смесване между материалите на Земята и Тея преди образуването на Луната.
• Летливи и сидерофилни елементи: Лунните проби показват дефицит на летливи елементи и необичаен профил на железни (siderophile) елементи, което трябва да се обясни с условията на удара, изпаряване, кондензация и повторно запазване на материалите.
• Точная структура на удара: стандартният „еднократен удар“ модел има трудности да обясни едновременния баланс на ъглов момент, маса на Луната и изотопно сходство. Това е подтикнало разработването на няколко модификации и алтернативи.

Предложените решения и модификации включват:

• Смесване чрез парен диск (equilibration): ако след удара е съществувал голям и дълготраен диск от парни и течни силикатни материали, в него е възможно да е настъпило химическо и изотопно изравняване между материалите на Земята и Тея преди Луната да се агрегира.
• Синестия (synestia) модел: при много енергичен удар системата Earth+Theia може временно да формира огромна, частично парена, обширна структура (наречена синестия), в която обилното смесване води до това Луната да се образува от материал, химически по-близък до Земята.
• Множествени по-малки удари: вместо един голям удар, някои модели предлагат серия от по-малки сблъсъци, които заедно могат да произведат достатъчно орбитален материал и да обяснят изотопното сходство чрез повторно смесване.
• Удар с различни параметри: варианти като „hit-and-run“ или удари под различни ъгли и скорости променят количеството материал, което отива в орбита срещу оставащо на Земята, и могат да доведат до по-добро съгласуване с наблюденията.

Какво следва и какви са перспективите

Хипотезата за гигантски удар остава водещата теория за произхода на Луната, тъй като обединява множество наблюдения и динамични аргументи. Въпреки това активни изследвания в лабораторията, прецизни изотопни анализи на лунни и земни проби, подобрени симулации и бъдещи мисии за връщане на нови проби от специфични лунни области ще са ключови за уточняване на подробностите. Нови данни могат да потвърдят някои от модификациите (като синестията или многократните удари) или да предложат напълно различни обяснения.

В заключение: гигантският удар е най-успешната теория за образуването на Луната до момента, но преобразяването на наблюдаваните изотопни и химични особености в окончателен, детайлен механистичен модел остава предмет на настоящи и бъдещи изследвания.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява хипотезата за гигантския удар?

В: Какви са доказателствата за хипотезата за гигантския удар?

Въпрос: Как се нарича сблъскващото се тяло в хипотезата за гигантски удар?

В: Кои са въпросите, на които не е отговорено в хипотезата за гигантския удар?

Въпрос: Коя е предпочитаната научна хипотеза за образуването на Луната?

В: Каква е плътността на Луната в сравнение със Земята?

В: Какъв е митичният гръцки титан, свързан с Луната в хипотезата за гигантския удар?

Търсене по буква