Кратко — суть каждой гипотезы, какие физико‑химические/изотопные и динамические следы она предсказывает, и какие конкретные наблюдения или измерения позволят её подтвердить или опровергнуть.

1) Гигантское столкновение $Theia\times Земля$

Суть: однажды молодой Земле врезался импактор размером ~Марса; луна сформировалась из расплавленного диска из материала импактора и мантии Земли.Предсказания
Геохимия/изотопы:Луна образована преимущественно из силикатного материала мантии $низкаядоляжелезистогоядрауЛуны$.Сильное испарительное обезвоживание/обеднение летучих компонентов $K,Zn,Clидр.$ и соответствующие тяжёлые изотопные фракции $высокие\delta ‑Zn,\delta ‑Clит.п.$.В зависимости от степени смешения: либо заметные изотопные отличия между Землёй и Луной $еслиЛунапреимущественноизматериалаимпакторасотличнойизотопией$, либо почти идентичные изотопные составы при интенсивном послестолкновенном химическом/изотопном обмене $equilibration$ в диске.Hf–W система даёт раннюю дифференциацию и хронологию — ожидается быстрое формирование Луны $несколько–десятMyr$.Динамика:Высокий суммарный угловой момент Земля–Луна должен быть объясним; исходная скорость вращения Земли и начальная орбита Луны соответствуют сценарию образования из околоземного диска.Небольшое железное ядро Луны и внутренняя структура, согласующиеся с образованием из мантии.Ключевые отличия/тесты $чтоизмерять$ Высокоточные изотопы O $\Delta 17O$, Ti $50Ti$, Cr, Si $\delta 30Si$, V, Ni — сравнение земной мантии vs разных типов лунных образцов $море‑базальты,анортозиты,KREEP,лунныеметеориты$. Гигант‑импакт допускает либо различия $еслиимпакторотличался$, либо почти полное совпадение $еслипроизошёлинтенсивныйобменвдиске$. Поэтому точность и пространственное покрытие измерений критичны.Hf‑W $182Hf\to 182W$: очень тонкие различия между земной мантией и лунными образцами укажут на время образования и долю импактора.Измерения летучих $абсолютныеконцентрации+изотопыK,Zn,Cl$ — последовательность сильного потери летучих поддерживает горячий импакт.Геофизические параметры: точные данные о массе и размере лунного ядра $сейсмология,гравитация,М/МR^2$, распределение FeO в мантии Луны.Моделирование гидродинамики столкновения в связке с измерениями: доля исходного земного/импакторного материала в Луне, согласованная с изотопами.

2) Совместное $ко‑$формирование $co‑accretion/fission$

Суть: Земля и Луна сформировались вместе в одной части протопланетного диска $ко‑аккреция$ либо Луна отделилась от Земли $fission—старыегипотезы$.Предсказания
Геохимия/изотопы:Очень близкое совпадение изотопных составов по всем системам $O,Ti,Si,Cr,Ndит.п.$ — общая первичная матрица.Менее выраженная дегазация и потеря летучих: теория ко‑формирования ожидала бы более похожую на земную летучую фракцию $зависитотлокальнойтемпературыдиска$.Содержание железа: трудно объяснить малое ядро Луны при простом ко‑формировании — предсказывается более «земной» $больший$ доли железа, если не вводить дополнительные процессы $например,разделениеметалланараннейстадии$.Динамика:Необходимость объяснить высокий угловой момент и орбитальные параметры Луны; стандартные модели ко‑аккреции не дают легко больших спутников у планеты земной массы.Ключевые тесты
Изотопное тождество по множеству систем является необходимым, но не достаточным: измерять O, Ti, Si, Cr, Ni, V, Sr, Nd с высокой точностью; если совпадение абсолютное и при этом наличие летучих у Луны близко к земным — сильный аргумент в пользу ко‑формирования.Ключевой контраргумент — низкая доля железа в Луне и её значительная деградация летучих: нужно искать образцы глубинного мантийного происхождения $приближённыхкпервичнойлунообразноймантии$ — если они показывают землеподобную Fe/Ni и HSE‑состав, то ко‑формирование возможно; если нет — маловероятно.Динамическое моделирование: проверка, может ли аккреционный диск вокруг Солнца производить пару с такими массами и угловым моментом; если нет — гипотеза отвергается.

3) Захват $capture$

Суть: Луна сформировалась где‑то в поясе планетезималей $иликакготовоепланетарноетело$ и была захвачена Землёй.Предсказания
Геохимия/изотопы:Скорее всего значимые изотопные отличия от Земли $еслиисточник—обычныйхондритный/планетезимальныйматериал$. Значения O, Ti, Cr и др. должны отличаться от земных на уровне, превышающем текущие пределы совпадения.Возможна иная летучая и HSE‑картина, иная Fe/Si и доля ядра.Динамика:Захват большого тела с нынешней массой Луны требует крупной диссипации энергии — через газовую оболочку или тройные тела; очень трудно в условиях поздней солнечной системы. Захват часто даёт высокую эксцентриситет/наклон и орбита должна затем эволюционировать до нынешней через сложные механизмы.Ключевые тесты
Прямое изотопное несоответствие: высокоточные измерения Δ17O, 50Ti, ɛ54Cr, δ30Si и др. Если Луна статистически совпадает с земной мантией во всех этих системах — захват крайне маловероятен.Геохимическая структура: наличие значительного железного ядра у Луны $илиHSE‑паттерна,типичногодляхондритов$ — если обнаружено, это может поддержать захват. Наличие хондритоподобных О и Cr изотопов прямо укажет на чужеродное происхождение.Динамические моделирования: проверка вероятности захватного сценария при реалистичных условиях $атмосферапротоземли,третийобъект$. Если вероятность ≈0, гипотеза отвергается.

4) Серия множественных мелких столкновений $multiplesmall/“multiple‑impact”scenario$

Суть: Земля пережила ряд крупных, но меньших по масштабу, столкновений; каждый мог породить небольшой спутник, несколько спутников затем слившихся в одну Луну.Предсказания
Геохимия/изотопы:Луна могла быть собрана из множества источников: часть материала — земной мантийный, часть — от различных импакторов. Это даёт возможность неоднородности — локальные изотопные вариации в лунообразце или слоистой структуре.В сумме средние изотопные значения могут близко совпадать с земными $усреднениеразличныхимпакторовплюсземнаясоставляющая$, но ожидается большая внутренняя вариабельность между регионах/типами образцов.Повторяющиеся тепловые события: возможны несколько поколений частичных вулканизмов, неоднородные возрастные и геохимические подписи $различныемагматическиеэпохи$.Динамика:Суммарный угловой момент проще объяснить $многовкладов$. Орбитальная эволюция при слиянии множественных лун приводит к специфическим последствиям: возможна большая внутреняя неоднородность по запасу импульса, вариации наклонов, слоистость.Ключевые тесты
Изотопная неоднородность: систематические сравнения изотопов $O,Ti,Cr,Si,Hf–W$ по разным породам и территориям Луны. Сценарий multiple‑impact ожидает больше вариабельности, чем single giant impact + vigorous equilibration.Хронология: наличие нескольких изотопно/химически разных генераций пород с разными возрастами $многошаговыеобразованиямагматическихединиц$, отличающиеся Hf–W и Pb–Pb возрастами.Геофизика: внутренние неоднородности/слоистость, несоответствие однородному образованию из одного расплавленного океана; распределение KREEP/извлечённых легких элементов, свидетельствующее о нескольких локальных магматизмах.Моделирование слияния: сравнить предсказанные итоговые массы, угловой момент и ожидаемую величину изотопной вариабельности с наблюдаемым.

Практические конкретные наблюдения/эксперименты, которые помогут отличить модели

Разнообразие и точность изотопных измерений:
Оксиген $\Delta 17O$ — текущее почти‑совпадение Земли и Луны $науровнеединицppm$ — ключевой аргумент; требуются ещё более широкие по местоположению пробы $включаядревниеглубокомантиевыепродукты,луннуюдальнююсторону$.50Ti, ɛ54Cr, δ30Si, V, Ni — очень точные сравнения $пределы\ll текущихразбросовмеждугруппамиметеоритов$. Захват/многоисточниковость должны давать отличия.Hf–W $182W$ с точностью, позволяющей отличать образования в первые десятки Myr; выявление малых различий между земной мантией и различными лунными типами.Изотопы летучих $Zn,K,Cl$ и их распределение по разным породам $поверхностьvsглубинныекуска$ — для оценки дегазации.Изотопы железа $\delta 56Fe$ и составы HSE $Os,Ir,Ptидр.$ — проверяют наличие/отсутствие большого металлического компонента и поздние наслоения.Геохимическая карта Луны:
Систематические пробы с разных регионов $включаяfarside,бассейны,высокиешироты$, включая лунные метеориты и новые цельные возвраты с глубоких магнитных/гравитационных аномалий.Поиск региональных изотопных аномалий — multiple‑impact должен давать больше таких аномалий.Геофизика/структура:
Улучшенная луносейсмология $развертываниесетисейсмометровнавидимойиобратнойсторонах$ для точного определения размера и состава ядра, распределения плотности, радиального профиля.Высокоточные гравитационные и топографические карты $миссииуровняGRAILилучше$ → момент инерции, слоистость.Динамические/палеоработы:
Моделирование эволюции орбиты с учётом резонансных механизмов $например,эвекционныйрезонанс$ и сравнение с текущей орбитой/наклоном Луны; тест, какие начальные условия допускают переход к нынешнему состоянию при разных сценариях.Палео‑обликовая запись $например,ориентацияударныхструктур,перерегулировкаосиЗемли$ как косвенные доказательства ранней динамики.Хронология:
Уточнённые Pb–Pb, Hf–W и др. даты для ключевых типов пород $анортозитоваякора,магматическиесерии$ чтобы выявить однократную катастрофическую эпоху формирования или серию событий.

Как интерпретировать комбинацию наблюдений $кратко$

Почти полное совпадение по множеству стабильных изотопов $O,Ti,Cr,Si,Vидр.$ + сильное обезвоживание и малое железное ядро → сильно поддерживает сценарий гигантского столкновения с интенсивным обменом в протодиске $илиимпакторспочтитождественнойизотопией,чтомаловероятно$.Полное изотопное совпадение по всем системам + летучие и HSE, приближённые к земным → ко‑формирование/коаккреция получает сильную поддержку $нонужнообъяснитьмалоеядроЛуны$.Явные изотопные отличия от Земли $особенновсистемах,которыемалоподверженыфракционированиюпригорячихсобытиях,напр.50Ti,\varepsilon 54Cr$ → захват или существенный вклад импакторов с отличной изотопией.Наличие значительной внутренней изотопной и хронологической неоднородности → сценарий множественных столкновений более правдоподобен.

Рекомендации для приоритета работ / будущих миссий

Возврат образцов с обратной стороны Луны и из глубоких районов $первичнаялуннаямантия$, чтобы расширить геохимическую карту.Развёрнутая сеть сейсмометров для лучшего определения ядра и внутренней слоистости.Высокоточные изотопные лаборатории $\Delta 17O,50Ti,\delta 30Si,Hf–WиHSE$ с систематикой по большому набору лунных пород.Моделирование гидродинамики столкновений и слияний с учётом изотопного транспорта/смеси и эволюции углового момента — требования моделям соответствовать не только динамике, но и полному набору геохимических данных.

Короткий вывод

Наблюдаемое почти точное совпадение по ряду изотопов $O,Tiидр.$ и при этом выраженная дегазация летучих и малое железное ядро Луны лучше всего согласуются с гигантским столкновением плюс сильной послестолкновенной смешивающей/обменной фазой. Полные тесты требуют: $1$ расширения набора и территории лунных проб, $2$ очень высокоточ-ных измерений нескольких независимых изотопных систем, $3$ улучшенной лунной геофизики и $4$ строгого согласования гидродинамических моделей с комплексом геохимических наблюдений.