Примерно 4,5 миллиарда лет назад, когда Земля только-только начала формироваться, она столкнулась с протопланетой размером с Марс, которую называют Тейя. Это мощное столкновение выбросило в космос огромное количество материала, часть которого позже вернулась на Землю, другая образовала Луну, а оставшаяся часть, вероятно, покинула систему Земля-Луна.

Собрать картину этой катастрофы было непросто, но доказательства остатков Тейи в мантии Земли и анализ лунных пород подтвердили эту теорию. Теперь ученые из Университета Невады предлагают новую версию того, что происходило в то время: они считают, что после столкновения Земли с Тейей система Земля-Луна могла иметь несколько полярных лун, так называемых циркумбинарных частиц. Эти «луны» могли существовать лишь недолгое время, пока Луна была очень близко к Земле после столкновения. Результаты этого исследования были опубликованы на сервере препринтов arXiv.

Исследователи объясняют, что полярные орбиты вокруг системы Земля-Луна сразу после формирования Луны были стабильными из-за двух конкурирующих эффектов: прецессии узлов орбит и колебаний Козаи-Лидова, вызванных воздействием Солнца. Прецессия узлов означает, что орбиты частиц медленно меняют свои параметры вокруг системы Земля-Луна, в то время как колебания Козаи-Лидова — это динамический процесс, вызванный влиянием третьего, более удаленного тела, в данном случае Солнца.

После расчетов учёные пришли к выводу, что полярные орбиты были наиболее стабильными, когда Луна только сформировалась. В то время Луна находилась гораздо ближе к Земле — на расстоянии всего 5% от её нынешней орбиты, которая сейчас составляет около 384 400 км. Однако за миллиарды лет Луна постепенно отдалилась от Земли из-за приливных сил, и стабильные полярные орбиты были утрачены.

Возможно, эти полярные частицы также влияли на изменение формы орбиты системы Земля-Луна. В исследовании предполагается, что циркумбинарный материал на полярных орбитах мог способствовать увеличению эксцентриситета, то есть отклонению орбиты от идеальной окружности.

Хотя сегодня эти полярные луны больше не существуют и не оказывают влияния, их возможное существование в ранние годы Земли может пролить свет на изучение экзопланет. Исследователи считают, что если планета и её луна имеют сильно эксцентричную орбиту, то, скорее всего, вокруг них также могли образовываться такие полярные луны, что может объяснять некоторые особенности их движения.

Обнаружить такую луну среди миллиардов звезд — значит получить редкий шанс взглянуть на процесс формирования нашей собственной планеты.