Столкновение, в результате которого сформировалась Луна, произошло на очень раннем этапе существования Земли. Новые исследования образцов лунных пород, доставленных миссиями «Аполлон», указывают на то, что Луна возникла более 4,5 миллиарда лет назад — на 100 миллионов лет раньше, чем считалось ранее.
Вудлендс, Техас. Современные исследования показывают, что Луна существует почти столько же, сколько и сама Земля. Согласно последним данным, формирование Луны произошло приблизительно через 65 миллионов лет после начала формирования Солнечной системы — лишь немного позже появления Земли.
Эти выводы способствуют разрешению многолетних дискуссий о возрасте спутника Земли, отмечает Торстен Кляйне, космохимик из Института Макса Планка по исследованию Солнечной системы. Он представил соответствующее исследование на конференции по вопросам науки о Луне и планетах (LPSC). Кляйне указывает на консенсус, достигаемый разными направлениями исследований, согласно которому возраст Луны составляет около 4,5 миллиарда лет.
Начало формирования Солнечной системы относится к периоду около 4,5673 миллиарда лет назад, когда из вращающегося вокруг молодого Солнца газопылевого диска начали кристаллизоваться первые твердые породы. Земля образовалась примерно через 20–30 миллионов лет после этого. Позднее, по одной из наиболее признанных гипотез, с прото-Землёй столкнулся объект размером с Марс, известный как Тейя. В результате удара в космос были выброшены расплавленные обломки обоих тел, из которых впоследствии сформировалась Луна.
По словам Мелани Барбони, геохимика из Университета штата Аризона (ASU), установление точного возраста Луны имеет ключевое значение для понимания ранней истории Земли. Столкновение с Тейей сыграло критическую роль в эволюции планеты: оно стабилизировало ось вращения Земли и расплавило её поверхность, что привело к образованию новой геологической структуры. «Образование Луны датирует нашу Землю, а не планету, которая существовала до этого», — подчёркивает Барбони.
Поверхность Луны также подверглась значительному термическому воздействию. Среди образцов, доставленных астронавтами миссий «Аполлон», особенно выделяются светлые магматические породы, богатые кристаллами плагиоклаза. Эти минералы долгое время рассматривались как остатки древнего магматического океана, существовавшего на Луне. Датировка этих пород показывает возраст около 4,35 миллиарда лет — приблизительно через 200 миллионов лет после зарождения Солнечной системы , что ранее принималось за время образования самого спутника.
Однако гипотеза о столь «молодой» Луне вступает в противоречие с современными представлениями о ранней динамике Солнечной системы, утверждает Фрэнсис Ниммо, планетолог из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. Период, в который произошёл удар Тейи, скорее всего, приходится на раннюю стадию эволюции системы, когда орбиты Юпитера и других газовых гигантов были нестабильными, а их гравитация вызывала значительные миграции крупных тел. По результатам моделирования и астрофизических наблюдений, упорядочение структуры Солнечной системы завершилось в течение первых 100 миллионов лет ; спустя 200 миллионов лет, по словам Ниммо, «практически всё закончилось».
Кроме того, Барбони указывает, что геологические данные свидетельствуют о наличии жидкой воды и, возможно, функционирующих тектонических процессов на Земле уже 4,3 миллиарда лет назад. Эти условия сложно согласовать с гипотезой, согласно которой всего за 50 миллионов лет до этого планета претерпела разрушительное столкновение, приведшее к глобальному расплавлению поверхности.
Учёная Тамара Барбони стала одной из первых исследовательниц, поставивших под сомнение гипотезу о "молодом" возрасте Луны. В статье, опубликованной в журнале Science Advances в 2017 году, она провела изотопный анализ восьми цирконовых кристаллов — минеральных зерен, известных своей пригодностью для радиометрического датирования — из образцов, доставленных миссией «Аполлон-14». Оценка возраста базировалась на соотношении распавшегося урана и образовавшегося свинца, а также ряде модельных допущений. По расчётам Барбони, возраст Луны составил приблизительно 4,51 миллиарда лет. «Боже, какую реакцию я получила, — вспоминает она. — Я столкнулась с очень сильным сопротивлением со стороны людей, верящих в молодую Луну».
В 2019 году гипотеза о древнем происхождении Луны получила дополнительную поддержку в рамках исследования под руководством геохимика Максвелла Тименса из Свободного университета Брюсселя, опубликованного в Nature Geoscience. Учёные обнаружили избыток лёгкого изотопа вольфрама в образцах миссий «Аполлон» и связали его с распадом исчезнувшего изотопа гафния, который существовал лишь в течение первых 60 миллионов лет после формирования Солнечной системы. Эти данные также указывали на возраст Луны порядка 4,5 миллиарда лет.
Учёный Тобиас Кляйне, ранее поддерживавший гипотезу о более молодом возрасте Луны, не согласился с методологией Тименса, однако впоследствии пришёл к аналогичному выводу с помощью другого подхода — радиометрического датирования на основе медленного распада радиоактивного рубидия в стронций. Главной трудностью применения данной методики являлось определение исходного соотношения элементов в телах, участвовавших в формировании Луны — гипотетической планете Тейя и протоземле. Кляйне совместно с Йонасом Шнайдером разработали модельные расчёты для различных сценариев образования Луны и показали, что наиболее правдоподобные из них сходятся на одной и той же оценке возраста — около 4,5 миллиарда лет.
По мнению Стивена Деша, планетолога из Университета штата Аризона (ASU), данная оценка соответствует стройной модели эволюции Луны. Он полагает, что более молодые даты, полученные ранее при анализе лунных пород, не ошибочны, но отражают возраст пород, сформировавшихся не из первичного океана магмы, а в ходе последующих процессов. Это подтверждается новой серией датировок цирконов, опубликованной в январе в Proceedings of the National Academy of Sciences. Согласно этим данным, магматический океан Луны должен был кристаллизоваться на десятки миллионов лет раньше, чем породы, собранные миссиями «Аполлон».
Деш также указывает, что поверхность Луны могла быть повторно расплавлена в результате приливных взаимодействий между Землёй и Солнцем, происходивших при удалении Луны от Земли. Эти силы вызывали значительное внутреннее разогревание спутника. Сходные выводы были представлены в работе опубликованной в Nature в декабре 2024 года. Один из авторов, Франц Ниммо, сравнивает раннюю Луну с современным спутником Юпитера Ио, активность которого определяется мощными приливными силами. «Ранняя Луна, она была бы как Ио на стероидах», — отмечает он.
Барбони, в свою очередь, допускает возможность повторного расплавления лунной коры, однако считает, что причиной могло стать крупное столкновение, сформировавшее самый обширный ударный бассейн на южном полюсе Луны — согласно её предположению .
Таким образом, теория о «древней Луне» вновь набирает научную поддержку. Будущие миссии могут внести дополнительную ясность в этот вопрос. Так, китайская миссия «Чанъэ-6» в 2024 году доставила на Землю почти 2 килограмма образцов с обратной стороны Луны. Если в них будут обнаружены цирконы, соответствующие возрасту более 4,5 миллиарда лет, это может служить убедительным подтверждением древнего происхождения спутника, отмечает Деш. В противном случае обсуждение возраста Луны может вновь вернуться в научную повестку.
Научная публикация: FORMATION OF THE MOON ~65 MILLION YEARS AFTER SOLAR SYSTEM FORMATION. T. Kleine1 and J. M. Schneider1, Max Planck Institute for Solar System Research, Justus-von-Liebig-Weg 3, 37077 Göttingen, Germany ( [email protected] ).