Недостающие легкие элементы Луны находятся в ее недрах

Породы на Земле и на Луне практически идентичны — кроме тех случаев, когда это не так. Ученые провели компьютерное моделирование, которое, возможно, поможет найти ответ на вопрос, почему лунные образцы во многом химически идентичны своим аналогам на Земле, но все же лишены ряда ключевых ингредиентов.

Легко испаряющиеся элементы, известные как волатильные (летучие), практически отсутствуют в лунных породах, но могут залегать глубоко в лунных недрах. Эта сердцевина скрывается под корой, которая образовалась на втором этапе образования Луны (которая, кстати, может стать планетой по новым правилам), сообщил планетолог Робин Кануп 11 ноября на встрече Американского астрономического общества, посвященной планетарным наукам.

Летучие вещества вроде натрия и цинка, как предполагалось ранее, были выброшены прочь в процессе столкновения Земли с планетой размером с Марс, которое образовало Луну порядка 4,5 миллиарда лет назад. «Люди приходили к такому выводу десятками лет, — говорит Кануп из Юго-Западного научно-исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. — Но работает это не очень хорошо».

Даже в диске расплавленных и летучих пород, которые повисли после столкновения, температуры были недостаточно высокими, чтобы выбросить их с Земли, говорит Кануп. Их атомы должны были остаться на месте, но каким-то образом отсутствуют на Луне.

    «Мы находимся в странной ситуации, когда некоторые вещи идеально соответствуют, а некоторые совсем нет, — говорит Себастьян Карно, планетолог Института физики Земли в Париже. — Поэтому необходим странный сценарий, который все это объяснит».

Кануп и его коллеги запустили компьютерное моделирование, которое показало, как временное кольцо Земли развивалось с течением времени. Они обнаружили, что материал внешней части кольца, на который не сильно влияла гравитация Земли, быстро остыл и сконденсировался в шар в половину лунной массы. Гравитационные взаимодействия отправили эту протолуну медленно дрейфовать близ Земли, чем она и занимается по сей день.

Внутренняя часть кольца была сложнее. «Это очень красивая система, — говорит Карно. Река расплавленной породы, почти такая же яркая, как солнце, окружила планету, будучи зажатой между слоями газа. Эта жидкая река растекалась, в то время как газ — в котором и были летучие элементы — оставался на месте. — В этом и вся идея. Это физический механизм, разделяющий оба этих момента».

По мере того, как этот жидкий диск удалялся от Земли, внешние кромки остывали и сформировали бедные на летучие вещества камешки, которые затем были подхвачены лунной гравитацией. Вытягивая вещество из расплавленного кольца, Луна самостоятельно обложилась корой, возможно, толщиной в сотни километров, чем и объясняется отсутствие некоторых элементов в ней.

К тому времени, как остатки диска остыли достаточно, чтобы газ стал жидким и смешался, говорит Кануп, Луна отъехала достаточно далеко от Земли, чтобы добрать оставшиеся части. Они, предположительно, упали на Землю — но Карно отмечает, что истинная судьба кольца остается загадкой.

Карно разработал подобные модели для разных алгоритмов. Он считает, что ученые приходят к одному решению, используя различные инструменты.

Некоторые лунные образцы, кажется, поддерживают идею, что недостающие летучие вещества погребены внутри Луны, говорит Кануп. Несколько камней, привезенных в процессе миссий «Аполлон», содержат вулканическое стекло. Эти породы, драгированные вверх изнутри Луны, содержат следы хорошо известные и очень волатильные молекулы: воды.