Ученые давно согласились с тем, что Луна образовалась, когда протопланета под названием Тейя столкнулась с Землей около 4,5 миллиардов лет назад. Теперь у группы ученых есть провокационное новое предложение: останки Тейи можно найти в двух слоях породы размером с континент, погребенных глубоко в мантии Земли.

На протяжении десятилетий сейсмологи ломали голову над этими двумя каплями, которые находятся ниже Западной Африки и Тихого океана и охватывают ядро, как пара наушников. До 1000 километров в высоту и в несколько раз больше в ширину, «они являются самым большим объектом в мантии Земли», — говорит Цянь Юань, доктор философии, студент геодинамики в Государственном университете Аризоны (ASU Tempe). Сейсмические волны от землетрясений резко замедляются, когда они проходят через слои, что говорит о том, что они более плотные и химически отличаются от окружающей породы мантии.

Большие провинции с низкой скоростью сдвига (LLSVP), как их называют сейсмологи, могли просто кристаллизоваться из глубин первичного магматического океана Земли. Или это могут быть плотные лужи примитивной мантийной породы, пережившей травму, нанесенную лунным ударом. Но, основываясь на новых изотопных данных и моделировании, Юань считает, что LLSVP — это внутренности самого инопланетного тела. «Эта безумная идея, по крайней мере, возможна», — говорит Юань, который представил гипотезу на прошлой неделе на конференции по лунным и планетарным наукам.

Эта идея годами гремела в коридорах лабораторий и конференц-залах. Но Эдвард Гарнеро, сейсмолог из ASU Tempe, который не принимал участия в работе, говорит, что это первый раз, когда кто-то собрал множество доказательств и создал серьезное дело. «Я думаю, что это вполне жизнеспособно, пока кто-нибудь не скажет мне, что это не так».

Свидетельства из Исландии и Самоа свидетельствуют о том, что LLSVP существовали со времен лунного удара, говорит Суджой Мукхопадхьяй, геохимик из Калифорнийского университета в Дэвисе, который считает идею Юаня правдоподобной, но допускает другие объяснения. Сейсмические изображения проследили шлейфы магмы, питающие вулканы на обоих островах, вплоть до LLSVP. За последнее десятилетие Мухопадхьяй и другие обнаружили, что лавы на островах содержат изотопные записи радиоактивных элементов, которые образовывались только в течение первых 100 миллионов лет истории Земли.

Более того, новая фотография лунного ударного элемента предполагает, что он мог доставить груз плотной породы глубоко внутрь Земли. Теория столкновения была разработана в 1970-х годах, чтобы объяснить, почему Луна сухая и не имеет большого количества железного ядра: при катаклизме летучие вещества, такие как вода, испарились бы и улетели, в то время как кольцо менее плотных пород выбрасывалось в столкновение в конечном итоге привело бы к Луне. Теория предполагала наличие ударного элемента размером с Марс или — в недавних вариантах — гораздо меньшего размера. Но недавняя работа соавтора Юаня, астрофизика из ASU Tempe Стивена Деша, предполагает, что Тейя была почти такой же большой, как Земля.

При исследовании горных пород Аполлона и Луны Деш и его коллеги измерили отношение водорода к дейтерию, более тяжелому изотопу водорода. Они обнаружили, что легкого водорода в некоторых образцах Луны было гораздо больше, чем в земных породах. В исследовании Geochemistry, проведенном в 2019 году, они предложили, чтобы захватить и удержать такое количество легкого водорода. Он также должен был быть довольно сухим, поскольку любая вода, которая естественно обогащена тяжелым водородом во время ее образования в межзвездном пространстве, повысила бы общий уровень дейтерия. Такая сухая большая протопланета могла бы разделиться на слои с обедненным железом ядром и богатой железом мантией, говорит Деш, примерно на 2–3,5% плотнее, чем современная Земля.

Еще до того, как Юань узнал об оценках плотности Деша, он моделировал судьбу Тейи. Его модель предполагает, что после столкновения ядро ​​Тейи быстро слилось бы с ядром Земли. Он также исследовал судьбу мантии Тейи, варьируя размер и плотность Тейи, чтобы увидеть, какие условия позволили бы материалу сохраниться, а не смешаться, и опуститься до основания мантии. Моделирование неизменно показало, что мантийные породы на 1,5–3,5% плотнее земных, выживут и превратятся в груды около ядра. Результат полностью совпал с данными Деша по содержанию дейтерия. «Это золотая середина для плотности», — говорит Деш.

Массивная Тейя также объяснила бы масштаб LLSVP, которые вместе содержат в шесть раз больше массы, чем Луна. Юань говорит, что если они инопланетяне, их мог бы доставить только такой большой удар, как Тейя.

Однако есть много предостережений, включая нечеткие доказательства самих LLSVP. Их свайная структура могла быть просто иллюзией, созданной моделями внутренней части, основанными на низкочастотных сейсмических волнах, которые стирают небольшие различия, — предположили Барбара Романович, сейсмолог из Калифорнийского университета в Беркли, и Энн Давай, геофизик из Университета Париж-Сакле исследовашие тектоники в прошлом году. Вместо того, чтобы подниматься на высоту 1000 километров, сваи могут подняться всего на несколько сотен километров, прежде чем превратиться в разветвленные шлейфы. «В них могут быть дыры», — говорит Романович. «Это может быть пучок трубок».

По словам Харриет Лау, геофизика из Калифорнийского университета в Беркли, более мелкие или менее монолитные LLSVP также будут согласованы с предстоящим анализом, который обнаружит, что LLSVP являются самыми плотными на дне. Анализ основан на двух способах построения изображений глубин Земли: с использованием станций GPS для измерения того, как приливное притяжение Луны растягивает Землю, и с помощью сейсмометров, чтобы определить, как естественные колебания Земли проходят через глубокую мантию. «Возможно, настоящая история плотности — это глубина распределения», — говорит она.

По словам Дженнифер Дженкинс, сейсмолога из Даремского университета, менее массивные LLSVP могут усложнить идею о том, что Тейя была размером почти с прото-Землю. Изображение Юаня, добавляет она, «не противоречит тому, что мы знаем, но я не совсем уверена».

Деш говорит, что команда могла бы проверить свою идею, посмотрев на геохимические сходства между островными лавами и породами мантии Луны. Ни один из образцов Аполлона не фиксирует неизмененную мантию, что является одной из причин, по которой ученым нужны образцы из самого большого ударного кратера Луны на ее южном полюсе, где такие породы могут быть эксгумированы. НАСА и Китай планируют в этом десятилетии полеты роботов к южному полюсу, и это главный кандидат на возвращение астронавтов НАСА на Луну.

Если остатки Тейи действительно лежат глубоко в мантии Земли, возможно, они не одни. Сейсмологи все чаще видят небольшие сверхплотные карманы материала в глубокой мантии, всего несколько сотен километров в поперечнике, часто вблизи краев LLSVP. Возможно, это затонувшие остатки богатых железом ядер с других миниатюрных планет, поразивших раннюю Землю, говорит Дженкинс. На самом деле Тейя могла быть просто могилой на планетарном кладбище.