Кратко — оценка доказательств, сравнение с альтернативами и какие наблюдения окончательно подтвердили/опровергли бы модель.
1) Что говорит в пользу гигантного импакта (GI)
- Динамика: модель естественно выдаёт большой запас углового момента и после эволюции приливами приводит к нынешней системе Земля—Луна.
- Массово-химические признаки: малая доля железа в Луне (малое ядро) согласуется с тем, что материал Луны произошёл из мантии протопланеты, а не из металлического ядра ударника.
- Химия и изотопы: близкие изотопные составы кислорода, титана, кислорода/кремния между Землёй и Луной (неожиданный результат для «случайного» захвата) — указывает на общий источник или интенсивный обмен материа­лов после удара.
- Хронология: данные Hf–W указывают на формирование Луны в поздней стадии аккреции — часто оценивают время образования как порядка $\sim 30\text{–}100$ млн лет после CAI, что соответствует сценарию крупного позднего удара.
2) Основные проблемы и тонкости GI
- Изотопное тождество Земли и Луны — трудно получить при ударе с обычным по составу импактором; это требовало либо почти идентичного по составу тела, либо сильного парового смешения/равновесия между Землёй и диском.
- Угловой момент: многие симуляции стандартного удара дают либо слишком большой, либо слишком малый итоговый угловой момент; нужны дополнительные механизмы (evection-резонанс, потери импульса) или высокоэнергетические модификации (high-angular-momentum удары, synestia).
3) Альтернативные гипотезы — кратко и их оценки
- Соаккреция (совместное образование Земли и Луны из одного пула диска): просто объясняет сходство изотопов, но плохо объясняет малое содержание железа в Луне и трудности динамики (как сформировать отдельный спутник нужной массы и орбиты).
- Выбрасывание (fission) (быстрая ротация юной Земли и «отрыв» части мантии): исторически отвергнута из-за нехватки углового момента и невозможности объяснить изотопы/геохимию адекватно.
- Захват (capture): крайне маловероятно динамически и плохо согласуется с составом Луны.
- Множественные малые удары (multiple-impact hypothesis): серию ударов мелких тел формируют диск и затем Луну/луноподобные массивы; объясняет возможность изотопного сходства (если удары выбивали материал с Земли) и некоторую геохимическую вариативность, но требует проверки на согласованность с орбитальной и массовой эволюцией.
- Synestia (высокоэнергетическая, паровая, расширенная структура после удара): даёт хорошее объяснение изотопного смешения и однородности материала Земли/Луны; предсказывает сильное термическое испарение и перераспределение летучих.
4) Какие наблюдения окончательно подтвердили бы или опровергли GI
Приоритетные (самые решающие):
- Карта высокоточной изотопной гомогенности/гетерогенности по поверхности и глубинным источникам Луны. Ключевые изотопы: O (${\Delta }^{17}\mathrm{O}$), Ti, Cr, Si, Mo, Ru, а также Hf–W. Ожидаемые сигнатуры:
- однородность (малые различия на уровне < несколько ppm) по всей Луне — поддержка сильного смешения/равновесия (GI или synestia);
- значимые пространственные различия в изотопах — поддержка multiple-impact или сохранения материалa ударника.
- Возврат и анализ проб глубинной лунной мантии (пробуривание или образцы из недавних импактов в бассейне South Pole–Aitken): точная химия мантии (FeO, Si, изотопы) определит, сколько материала с Земли и/или ударника вошло в лунный придонный слой; GI предсказывает мантиевую композицию, отличную от металлической.
- Глобальная сейсмическая сеть на Луне: детальная структура мантии и размер/состав ядра. GI ожидает небольшое железное ядро и специфическую термическую историю; наличие большого железного ядра сильно бы противоречило классическому GI.
- Высокоточная радиометрия Hf–W и возрастные границы: точное время «разделения» Луны и Земли — если возраст окажется значительно раньше или позже предполагаемой поздней стадии аккреции ($\sim 30\text{–}100$ Myr), это изменит вероятность GI.
- Данные о летучих и водородном составе: измерения D/H, Cl, K, Zn, S в ненарушенных глубоких лунных образцах. GI (особенно высокотемпературные версии) предсказывает сильную деплецию летучих; наличие значительных оригинальных летучих в мантии Луны сложнее согласовать с «жёстким» GI.
- Пространственное картирование изотопов и летучих: multiple-impact предсказывает неоднородности; равномерное распределение летучих/изотопов — в пользу сильного парового смешения (GI/synestia).
Доп. наблюдения и модели:
- Уточнённый расчёт эволюции углового момента и возможные механизмы его уменьшения (evection, перенос момента в солнечную орбиту) — сочетание динамики и геохимии должно быть самосогласованным.
- Лабораторные и численные модели равновесия пар-диск (как быстро протекает обмен между земной атмосферой/паровым диском и материалом будущей Луны) — конкретные предсказания для Si- и O-изотопов, температур и фракционирования летучих.
5) Сводка (какая модификация GI поддерживается/опровергнута)
- Классический GI (один «умеренный» удар) хорошо объясняет массу и динамику, но требует специальных условий для изотопного тождества; поэтому сейчас в фаворе модификации: высокоэнергетические/high-angular-momentum удары с последующей потерей момента или synestia-сценарии, а также сценарии с интенсивным паровым обменом.
- Альтернативы (capture, fission) практически исключены; multiple-impact и synestia остаются серьезными конкурентами и дают отличные тестируемые предсказания (гетерогенность vs однородность изотопов, распределение летучих).
6) Конкретный набор измерений, который окончательно решил бы вопрос (приоритеты)
- Высокоточечные изотопные измерения (O, Ti, Si, Cr, W, Mo) на широком наборе образцов с разных регионов Луны и из глубоких слоёв (требуется точность до уровня ppm–ppb для ключевых систем).
- Прямые образцы мантии (из ударных кратеров вроде SPA или бурение) и анализа их летучих/изотопных составов.
- Глобальная сейсмология + миссии для определения размеров и состава ядра.
- Улучшенные хронологические ограничения Hf–W и других систем для точного времени образования Луны.
- Моделирование совместно с точными данными по угловому моменту и термической эволюции Земли–Луны.
Вывод: текущая совокупность данных делает гигантный импакт (с модификациями: равновесие пар-диск, synestia или высокоэнергетический удар) наиболее правдоподобной гипотезой. Окончательное подтверждение/опровержение потребует глобальной сейсмологии Луны, проб из глубинной мантии и систематических высокоточных изотопных карт по всей поверхности Луны.