В мифологии Сибири часто встречается легенда о том, как Луна пытается опуститься на Землю, чтобы ее схватила злая ведьма — хтоническая богиня (Хоседэм у кетов, Ылэнтой-котой у селькупов). Солнце приходит на помощь и пытается освободить Луну из объятий колдуньи, однако она уцепляется за него крепко, в результате чего Месяц разрывается пополам.
Тея — вымышленная планета, которая предположительно существовала в рамках теории о гигантском столкновении, приведшем к формированию Луны. Гипотеза о существовании Теи помогает объяснить ряд необычных явлений в химическом составе Земли и Луны, включая высокую схожесть их изотопов. На сегодняшний день нет прямых доказательств существования планеты Тея, но многие компоненты этой теории находят подтверждение в данных геологии и астрономии.
В этой статье мы погрузимся в изучение мира астрономии и поговорим о захватывающих открытиях исследования Теи. Рассмотрим, как ученые пришли к выводу о существовании этой планеты, и обсудим возможные последствия ее столкновения для геологии Земли и формирования ее естественного спутника. Эта тема остается в центре внимания ученых, вдохновляя их на новые открытия и не переставая быть одной из самых увлекательных в области планетологии.
Где находятся остатки планеты Тея
Издавна существует гипотеза о том, что Луна является частью Земли, отделившейся при столкновении нашей планеты с другим космическим объектом. Предполагается, что этот объект является еще одной планетой, названной Тейя. Исследования, опирающиеся на сложные компьютерные модели, и недавние подтверждения с применением радиоуглеродного метода поддерживают эту теорию.
Однако ученые утверждают, что имеется еще много нераскрытых аспектов этой загадочной теории. Несколько групп исследователей обнаружили, что массивные аномалии в мантии Земли, известные как обширные области с замедленным движением, на самом деле представляют собой остатки планеты Тейя.
Английский геохимик Алекса Холлидея назвал ее в честь титаниды, по легенде породившей в греческой мифологии богиню Луны — Селену.
Происхождение Луны остается загадкой для современных ученых, хотя теория гигантского столкновения Земли с Тейей считается одной из наиболее вероятных. В то же время существуют и другие гипотезы, относящиеся к этому удивительному астрономическому явлению. Наша планета столкнулась с Землей примерно 4.5 миллиарда лет назад, что в конечном итоге привело к формированию Луны. Эти открытия были опубликованы в престижном журнале Nature.
Следуя после столкновения, образовавшиеся осколки постепенно сливались вместе, остывали и затвердевали, образуя Луну. Ученые из Аризонского университета в США соединили анализ гравитационного поля спутника Земли с моделями ее самой ранней эволюции и раскрыли, что происходило внутри Луны после ее возникновения из остывшего моря первичной магмы. Таким образом, им удалось расшифровать давно изучаемую тайну этого небесного тела, связанную с его «несбалансированной» геологией.
Влияние планеты Тея на формирование Луны
Исследование основано на результатах гидродинамического моделирования данных за 2019 год, которые демонстрируют, что столкновение планеты размером с Марс могло привести к расслоению мантии Земли на глубине около 1300 километров. В результате такого события верхний слой мантии превратился в океан магмы, образовавшийся в результате смешивания материала ранней Земли с веществом Тейи, тогда как нижний слой сохранил свой первоначальный состав. Ученые оценивают, что около 1.6-2% массы Земли составляют вещества Тейи. Со временем верхний расплавленный слой начал постепенно остывать, а его элементы постепенно накапливались на границе между ядром Земли и ее мантией, где они сохранились в течение 4.5 миллиарда лет.
На протяжении 5 миллиардов лет ученые изучали внутреннюю структуру Земли. Для более детального исследования вещества в слое Тейи, они применили точные моделирования. В результате были обнаружены две аномальные зоны на границе ядра и мантии, известные как крупные области с низкой скоростью сдвига (LLVP). Эти области были ранее выявлены с помощью сейсмического картографирования и находятся под земным массивом Африки и Тихого океана. Они огромны по размерам, составляя около шести процентов объема всей планеты. Например, тихоокеанская LLVP имеет диаметр около 3000 километров.
Последствия столкновения планеты Тея с Землей
Исследователи пояснили, что эти тяжелые минералы имеют большую плотность, чем скрытая под ними мантия Луны. Это привело к нарушению равновесия гравитации спутника Земли. Неизвестно, каким образом, но со временем эти плотные материалы начали погружаться глубже, смешиваясь с мантией Луны. Растворившись, они снова поднимались на поверхность в виде лавы, обогащенной титаном, что мы можем наблюдать и сегодня.
Эти участки обладают специфическим свойством снижения скорости распространения поперечных волн (S-волн), характерных для твердых и вязких сред.
Исследования показывают значительные различия в составе литосферических и латерально-галеокоровых верхних частей мантии Земли по сравнению с остальной мантией. Существует несколько гипотез относительно происхождения этих аномалий, включая возможность расслоения мантии или наличие остатков океанической коры после столкновения Земли с другой планетой в древние периоды Солнечной системы. Однако ни одна из перспективных гипотез не объясняет наличие летучих веществ в латерально-галеокоровых верхних частях мантии.
Специалисты предполагают, что данные компоненты были позаимствованы из Тейи во время формирования протопланетной туманности за пределами орбиты Юпитера и затем остались там до столкновения с Землей. Для подтверждения, что латерально-галеокоровые верхние части мантии действительно представляют собой остатки от Тейи, ученые провели моделирование процесса погружения материала из Тейи в мантию Земли, учитывая его химический состав.
Влияние планеты Тея на геологию Земли
По результатам компьютерного моделирования столкновения планет Тейи и Земли, проведенного в Центре изучения космоса и его обитаемости в Берне, было высказано предположение о том, что Тейя в значительной степени превосходила Землю по размерам. После столкновения по касательной без значительных потерь своего вещества Тейя продолжила движение. Согласно этой гипотезе, Луна образовалась из выброшенных на орбиту частей Земли в результате упомянутого столкновения.
После столкновения с Тейей, которое привело к формированию Луны, ожидалось, что химический состав лунных пород будет отражать состав мантии Тейи. Исследования показывают, что мантия Луны содержит значительное количество FeO и имеет низкое соотношение дейтерия к водороду. Моделирование указывает на то, что это можно объяснить, предположив, что масса FeO в мантии Тейи составляла от 13% до 18% массы всей мантии этой протопланеты.
Однако остается вопрос: при возникновении гравитационного взаимодействия, ильменит ли опустился в мантию постепенно или быстро после полного затвердения Луны? Распределение вещества по всей поверхности спутника и его последующее поднятие у проксимального края остаются предметом споров, а также вопрос о том, сдвинулся ли материал к данной точке перед погружением в мантию.
В своем новом исследовании ученые сравнили модель оседания слоя вещества, содержащего железо и титан, с рядом линейных гравитационных аномалий, выявленных миссией GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory, программой NASA по изучению гравитационного поля и внутреннего строения Луны).
Планета Тея и происхождение воды на Земле
Согласно расчетам, материал мантии Тейи должен был быть примерно на 2-3.5% плотнее, чем мантия протоземли, что привело к образованию плотных хохлов размером в десятки километров после столкновения. К моменту, когда эти хохлы достигли ядра Земли, произошло их затвердевание. Гидродинамические модели показали, что для этого процесса потребовалось всего 1000 лет. В итоге сгустки мантии Тейи превратились в два гигантских образования на границе ядра и мантии Земли, сохраняя свой первоначальный состав.
Исследование показало, что скорость передачи поперечных волн в областях LLVP совпадает с теми, что наблюдаются в указанных областях. Предполагается, что столкновение Тейи с Землей могло привести к формированию Луны, что объясняет сходство их пород и помогает разгадать другие тайны, такие как происхождение воды на Земле и структура ее ядра.
Существует мнение, что Тея, вероятно, образовалась в отдаленной области Солнечной системы из хондритных пород, состоящих из воды и других летучих веществ. В начале своего существования она, вероятно, двигалась по неустойчивой орбите, однако воздействие гравитационных сил газовых гигантов постепенно отправило ее ближе к Солнцу.
В какой-то момент она двигалась по той же орбите, что и Земля, находясь в одной из точек Лагранжа, но воздействие Венеры или Юпитера привело к неизбежному столкновению. Исследователи предполагают, что так как гигантские столкновения часто происходят в завершающих стадиях формирования планет, неоднородности в мантии, подобные крупным областям с низкой скоростью сдвига (LLVP), обусловленные столкновениями, также могут существовать внутри других планет.
Ученые выяснили, что полученные данные от GRAIL о тяготении Луны совпадают с результатами моделирования оседания ильменитового слоя. Согласно данным GRAIL, ильменит смещался в направлении близком к поверхности Луны, а затем, образуя пластинки, «водопадом» погружался внутрь спутника, оставляя после себя аномалии в гравитационном поле Луны.
Исследовательская группа также смогла определить время этого события: опускание ильменитового слоя произошло приблизительно 4,22 миллиона лет назад. Ученые называют это первым реальным доказательством, отражающим важный этап в истории Луны. Благодаря правильным моделям и точным данным была раскрыта тайна гравитационных изменений в мантии спутника Земли.
Источник: Птолемеевский университет