Большинство людей когда-либо сталкивались с рубидием только как с фиолетовым цветом в фейерверках, но затемненный металл помог двум ученым Чикагского университета предложить теорию о том, как могла образоваться Луна.
Проведенное в лаборатории профессора Николаса Дофаса, первопроходца в области изотопного строения пород Земли и Луны, новое исследование позволило измерить содержание рубидия в обоих телах планеты и создать новую модель для объяснения различий. Этот прорыв открывает новое понимание загадки формирования Луны, которая захватила область лунной науки за последнее десятилетие, известной как «лунный изотопный кризис».
Этот кризис начался, когда новые методы испытаний показали, что Земля и лунные породы имеют поразительно похожие уровни одних изотопов, но очень разные уровни других. Это сбивает с толку оба основных сценария формирования Луны: первый заключается в том, что гигантский объект врезался в Землю и взял с собой кусок на своем пути к Луне (в этом случае Луна должна иметь радикально иной состав, в основном посторонний объект); и второй — что этот объект уничтожил Землю, а два небесных тела в конечном итоге образовались из полученных осколков (в этом случае они должны быть практически идентичными).
«Здесь явно чего-то не хватает», — сказала Николь Ни, первая автор исследования. Бывшая аспирантка в лаборатории Дофаса, Ни сейчас работает в Институте науки Карнеги.
Для проверки различных теорий в лаборатории Дофаса есть коллекция лунных пород, предоставленная НАСА во временное пользование (представлено все миссией «Аполлон», которая собирали образцы). Ни придумала строгий способ измерения изотопов рубидия — элемента, который никогда не был точно измерен в лунных породах, потому что его так трудно выделить из очень похожего по химическому составу калия.
Рубидий является одним из семейств элементов, которые постоянно обнаруживаются с разными пропорциями изотопов на Луне по сравнению с Землей. Когда Ни исследовала лунные породы, она обнаружила, что в них действительно содержится меньше легких изотопов рубидия и больше тяжелых изотопов, чем в земных породах.
«На самом деле не было никакой основы для того, как это различие произошло, — сказал Дофас, профессор кафедры геофизических наук. «Так что мы решили выдвинуть одну идею.»
Они начали с идеи, что и Земля, и гигантский объект испарились после удара. В этом сценарии происходит медленное слияние массы, которая станет Землей, и вокруг нее образуется внешнее кольцо обломков. При температуре в почти 6000 градусов по Фаренгейту, это кольцо, вероятно, воздушный наружный слой пара, окружающий сердцевину жидкой магмы.
Ни и Дофас предполагают, что со временем легкие изотопы таких элементов, как рубидий, испаряются быстрее. Они конденсируются на Земле, в то время как остальные более тяжелые изотопы, оставшиеся на кольце, в конечном счете образуют Луну.
Это говорит им больше о том, как выглядели бы ранняя Луна и Земля. Поскольку они точно знают, сколько еще легких изотопов испарилось, они работали в обратном направлении, чтобы выяснить, насколько насыщенным был бы слой пара — чем больше насыщенным, тем медленнее испарение. (Подумайте о том, чтобы попытаться высушить белье в очень влажный день в тропиках, по сравнению с сухим днем в пустыне.)
Это полезно, потому что точные характеристики этой ранней фазы было трудно определить. Результаты также хорошо сочетаются с результатами предыдущих измерений других изотопов в лунных породах, таких как калий, медь и цинк. «Наш новый сценарий может количественно объяснить истощение Луны не только рубидием, но и наиболее летучими элементами», — сказала Ни.
Исследование является долгожданным шагом для соединения линий между изотопными измерениями и физическими моделями протопланетных тел, сказал Дофас. «Это было недостающее звено, и мы надеемся, что оно поможет объяснить сценарии формирования Луны и Земли в будущем», — сказал он.
