Анализ метеорита, выбитого из древней Луны, показал наличие там апатитов, причем с самого начала серьезно обогащенных водой.
Ученые пришли к выводу о весьма высокой доле легких элементов в коре молодой Селены, что плохо сочетается с гипотезой ее образования в результате столкновения Земли и Тейи. Напротив, это хорошо согласуется с мультиимпактной теорией образования естественного спутника нашей планеты.
Группа исследователей из Европы изучила материал метеорита лунного происхождения, который в 2017 году упал на Аравийский полуостров. В результате им впервые удалось найти в породах, относящихся к древней лунной коре, следы апатитов. Причем содержание и воды, и легкого изотопа водорода там оказалось значительно выше, чем в типичных образцах лунного грунта, доставленных на Землю «Аполлонами» более полувека назад. Из всего этого авторы работы сделали достаточно интересные выводы, о которых рассказали в статье в Nature Astronomy.
Вопрос о том, как именно возникла Луна, долгое время имел довольно академический характер. Ситуация изменилось в космическую эру: в соответствии с одними гипотезами, Селена должна быть сухой, полностью безводной, что серьезно осложняет ее освоение. Именно такова исходная гипотеза Тейи — образования земного спутника в результате удара крупной планеты по молодой Земле.
В таком сценарии поверхность нашей планеты должна была полностью расплавиться, но и материал, выброшенный в космос и впоследствии образовавший Луну, тоже должен был быть покрыт океаном магмы, остывавшей как минимум десятки миллионов лет назад. При этом любая вода должна была покинуть его. Какие-то количества Н2О могут находиться только на самой поверхности, у областей приполярной «вечной тени».
Однако многие конкретные детали в этой картине вызывают вопросы. Например, нет свидетельств того, что Земля когда-то имела расплавленную поверхность, то есть была покрыта океаном магмы, а без этого столкновение с другой планетой представить абсолютно невозможно.
Соотношение изотопов различных элементов в известных образцах лунного грунта несовместимо с гипотезой расплавленности молодой Луны (легких изотопов там осталось слишком много для такого сценария). В лунных базальтах (застывшая излившаяся магма) нашли следы воды и углерода (сравнительно легкого элемента) в количествах, слишком больших для тела, сформированного из расплавленного материала (тот должен был потерять основную часть легких элементов).
В лунных образцах слишком много оксидов железа (в полтора раза больше, чем на Земле), чтобы они возникли целиком из земных материалов, но слишком мало, чтобы они возникли из внеземных материалов. Кроме того, по соотношению изотопов химических элементов каждое тело в Солнечной системе уникально — кроме Луны и Земли, у которых это соотношение одинаково. Такое трудно объяснить в рамках гипотезы Тейи, поскольку получается, что она должна была не отличаться от Земли по составу — единственная среди планет нашей системы.
Новая работа вносит существенный вклад в набор этих фактов. Ее авторы отметили, что изученный ими образец относится к породам с лунной поверхности возрастом 4,5 миллиарда лет. Если исходить из концепции изначально расплавленной поверхности Селены, наличие в апатитах на ней более чем 2300 частей воды на миллион объяснить сложно. Хотя исследователи предположили, что это произошло за счет способности апатитов «захватывать» воду из окружающих пород, все равно неясно, как это могло произойти: апатит не мог остаться твердым в океане магмы (у него температура плавления не очень высока). А если он получил воду уже после остывания лунной коры, то ее вокруг просто не могло быть в достаточно больших количествах.
«Результаты нашей работы позволяют предположить, что ранняя лунная кора была значительно богаче легкими элементами, чем считалось ранее», — констатировали ученые.
Ученые не раз отмечали, что ситуация с легкими элементами на Луне на сегодня вполне совместима только с так называемой мультиимпактной теорией.
Согласно ей, Луна возникла в основном из земных материалов, выбиваемых с поверхности нашей планеты падающими на нее астероидами (сами астероиды при этом дали малый вклад в лунный материал). Это хорошо объясняет практически идентичный изотопный состав обоих тел. В таком сценарии поверхности и Луны, и Земли никогда не были расплавлены, что показывает, почему у геологов нет следов их расплавления.
Из мультиимпактной гипотезы вытекает, что поверхность Луны должна быть богата водой и сегодня — особенно в приполярных районах, и не только в кратерах, но и в составе грунта (аналог земной вечной мерзлоты). Авторы нового исследования хоть и остаются сторонниками моноимпактной гипотезы (гипотезы Тейи), в комментариях для прессы сказали, что их работа позволяет надеяться на обнаружение на современном спутнике значительных количеств воды, что упростит его освоение.
Автор: Александр Березин