Астрофізики з Інституту SETI, Гарвардського університету, а також університетів Каліфорнії і Меріленду уточнили модель виникнення Місяця, пояснивши нахилення її орбіти до земного екватора. Вчені припустили, що первинне зіткнення могло бути в рази сильніше, ніж вважалося раніше - воно призвело до того, що земна вісь виявилася майже спрямованою в бік Сонця, а доба скоротилася до двох годин. За словами авторів, робота дозволяє краще описати спостережувані аномалії ізотопного та хімічного складу Місяця. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє прес-реліз Університету Каліфорнії в Девісі.
Основна гіпотеза походження Місяця - гігантське зіткнення. Згідно з цією гіпотезою, прото-Земля зіткнулася з небесним тілом з розмірами, порівнянними з Марсом (його називають Тейєю). Це призвело до викиду значної кількості матеріалу на навколоземну орбіту і збільшило швидкість обертання майбутньої Землі до одного обороту в п'ять годин. З часом в уламковому диску сталася акреція - злипання матеріалу. Це призвело до формування Місяця, яка за рахунок приливного впливу уповільнила Землю до нинішньої швидкості обертання.
У цієї гіпотези, тим не менш, є ряд прогалин - так, вона не пояснює нахилення орбіти Місяця до площини земного екватора. Згідно з багатьма сценаріями уламковий диск повинен був сформуватися в екваторіальній площині, а сучасне нахилення становить близько 5 градусів. Крім того, велика частка матеріалу Місяця повинна відповідати матеріалу небесного тіла, що врізався в Землю. Це суперечить експериментальним даним, що показують схожий ізотопний і хімічний склад Місяця і Землі. У той же час вчені відзначають, що хімічний склад різних небесних тіл Сонячної системи, як правило, сильно відрізняється.
У новій роботі автори припустили, що сила удару в гіпотезі гігантського зіткнення була вищою, ніж вважалося раніше. Фізики допустили, що після удару вісь обертання Землі виявилася спрямована до Сонця, а уламковий диск при цьому знаходився в екваторіальній площині. Швидкість обертання майбутньої Землі при цьому досягала одного обороту за дві години. На думку вчених, це дозволило сильніше перемішати матеріал небесного тіла і прото-Землі, що пояснює схожість хімічних складів.
Приливні сили між виниклою Місяцем і Землею призвели до того, що супутник почав віддалятися від планети. При цьому його орбіта і її нахилення зазнали серйозних змін, пов'язаних зі зміною положення площини Лапласа системи. Це спеціальна площина, в якій прецесує орбіта супутника планети (точніше, її нормаль). Відомо, що для супутника, розташованого близько до планети, площина Лапласа збігається з екваторіальною площиною планети - остання має найбільший вплив на динаміку небесного тіла. Для віддалених супутників площина Лапласа наближається до площини орбіти планети - найбільший вплив тоді має гравітація Сонця.
У разі, коли вісь обертання Землі спрямована майже до Сонця, кут між «ближньою» і «дальньою» площинами Лапласа близький до 90 градусів. Симуляція показує, що якщо в міру видалення від планети Місяць здійснює перехід між площинами Лапласа (кут більше 60 градусів), відбувається різкий перехід, сильно обурює ексцентриситет та інші параметри орбіти. У результаті схилення місячної орбіти до площини екватора сягає 30 градусів. Разом з тим відбувається зміщення осі обертання Землі - вона відхиляється від напрямку до Сонця і наближається до сучасного стану. Протягом наступних десятків мільйонів років відбувається зменшення нахилення місячної орбіти до площини екватора до сучасного стану.
Вчені підкреслюють, що нова модель еволюції місячної орбіти не вимагає додаткових зовнішніх впливів від інших небесних тіл. Це робить її єдиною існуючою моделлю, здатною пояснити велике нахилення місячної орбіти в її минулому, яке призвело до сучасної орбіти. Крім того, вісь обертання Землі, що лежить близько до площини екліптики, пояснює швидку втрату кутового моменту планетою через дію сонячної гравітації.
Раніше вчені вже намагалися пояснити схожість хімічних складів Землі і Місяця за допомогою комп'ютерного моделювання високої роздільної здатності. Виявилося, ймовірність випадкової схожості складів сягає 20-40 відсотків при врахуванні можливих хімічних складів Місяця. Існують й інші теорії походження нашого супутника - наприклад, вона могла виникнути як незалежне небесне тіло при гравітаційному стисненні газо-пилової хмари (модель Галімова-Кривцова). Однак така теорія гірше описує кутовий момент системи Земля-Місяць.