Около 4,5 миллиарда лет назад объект размером с Марс по имени Тейя столкнулся с прото-Землей, превратив оба тела в расплавленную массу камня и металла. После того как обломки собрались воедино, на орбите остались два объекта — Земля и ее спутник Луна. Но откуда появилась сама Тейя?
Тейя, врезавшаяся в прото-Землю, была ее планетой-сестрой
Ученые из Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка и Чикагского университета выяснили, что планета Тейя, столкнувшаяся с прото-Землей 4,5 миллиарда лет назад и породившая Луну, сформировалась во внутренней части Солнечной системы — возможно, еще ближе к Солнцу, чем наша планета.
Столкновение Земли и Тейи. MPS / Mark A. Garlick
Гигантское облако пыли и газа, из которого сформировались Солнце и протопланетный диск, было неоднородным, словно плохо размешанное тесто. Разные области этого облака содержали неодинаковые концентрации элементов и их изотопов. Эти различия сохранились в материале, из которого формировались планеты и астероиды, создавая уникальные химические подписи для каждой области Солнечной системы. Именно поэтому метеориты служат своеобразными космическими капсулами времени: их первозданный состав позволяет определить, где именно в протопланетном диске они образовались миллиарды лет назад.
Ученые проанализировали образцы с Земли, Луны и метеоритов, изучая соотношения изотопов различных элементов — более легких или тяжелых версий атомов с разным числом нейтронов. Исследование опубликовано в журнале Science.
Тонкие срезы хондритных метеоритов с одноименными хондрами, состоящими из мелких вкрапленных зерен.
Соавтор работы Торстен Кляйн говорит: «Состав тела архивирует всю историю его формирования, включая место происхождения».
Где сформировалась Тейя
Ключом к разгадке стало железо в земной мантии. Этот металл вместе с молибденом должен был быстро опуститься в ядро прото-Земли. Значит, железо в мантии появилось позже — вероятно, его принесла Тейя при столкновении. Изучив изотопы железа, хрома, кальция, титана и циркония, ученые сравнили их с составом метеоритов из разных областей Солнечной системы.
Метеориты из внутренней части системы — некарбонатные — каменистые, углерод и летучие вещества из них выпарило Солнце. Метеориты из внешних областей — углистые хондриты — богаты углеродом и водой. Изотопный состав земной мантии соответствует внутренним метеоритам, но изотопы Тейи оказались уникальными.
Столкновение Земли и Тейи и формирование Луны.
«Наиболее убедительный сценарий состоит в том, что большинство строительных блоков Земли и Тейи возникли во внутренней части Солнечной системы», — заключает ведущий автор работы геофизик Тимо Хопп. Земля и Тейя, вероятно, были практически сестрами и вращались на очень близких орбитах, что и привело к столкновению. Их столкновение породило Луну, которая с тех пор удаляется от нашей планеты, сначала она удалялась быстро, а сейчас — со скоростью 3,8 сантиметра в год.