Как образовалась луна


Теорий о том, как появилась Луна, существует множество. Радиоизотопное исследование лунного грунта установило, что спутник Земли является практически ее ровесником. Этот факт означает, что Луна вращалась вокруг нашей планеты еще на заре ее формирования и застала все этапы ее развития до современного вида.

В статье мы рассмотрим наиболее правдоподобные гипотезы о том, как и когда появилась Луна.

Образование спутника и нашей планеты из единого газопылевого облака

Совместное формирование нашей планеты и ее спутника – одна из первых гипотез о том, откуда появилась Луна. Выдвинута она была немецким философом Кантом.

Земля, как и все планеты Солнечной системы, образовалась из аккреционного диска, возникшего после формирования Солнца.  Она постепенно приращивала свою массу за счет пыли, газов и других частиц. Утверждение о совместной аккреции нашей планеты и ее спутника предполагала, что они сформировались как двойная планета, имеющая один орбитальный путь. Предшественница Земли быстрее наращивала массу, а вокруг нее появилось скопление пыли и частиц. Оно постепенно приобрело собственную орбиту и оформилось в твердое небесное тело – Луну.


Подтверждением данной гипотезы является схожесть состава Земли и ее спутника. Но против нее говорит дефицит железа и летучих веществ в образцах лунной поверхности, разность плотности обоих тел и отношение лунной и земной орбит.

Мог ли от Земли отвалиться кусочек

Одна из наиболее современных гипотез появления Луны говорит о том, что наша ближайшая соседка – это фрагмент Земли, отделившийся от нее и приобретший собственную орбиту.

На заре своего развития наша планета могла столкнуться с массивным небесным телом – протопланетой Тейя. При этом удар пришелся по касательной, от чего фрагмент Тейи вместе с участком мантии планеты выбросило на орбиту. Постепенно из обломков образовалась Луна. Земля же после такого катастрофического столкновения приобрела новый наклон оси вращения.

На данный момент эту объяснение приняли как основное. Оно подтверждает схожесть состава нашей планеты и ее спутника и особенности небесной механики обоих тел.  Считается, что протопланета, столкнувшаяся с Землей, сформировалась в одной из точек либрации в системе Солнце-Земля. Именно поэтому тело не получило достаточной скорости для разрушительного удара и прошло лишь по касательной.

Космический детектив с похищением


Данная гипотеза, выдвинутая в начале 20 века, утверждает, что Луна некогда была вполне самостоятельной планетой Солнечной системы. Под влиянием соседних небесных тел она сильно отклонилась от своей орбиты и в момент наибольшего сближения была захвачена гравитацией Земли. Подтверждением является тот факт, что в культуре многих древних народов были сказания о «безлунных временах».

Современные исследования превратили гипотезу захвата в маловероятную. Было рассчитано, что если бы тело с массой Луны попало в гравитационное поле нашей планеты, оно бы или упало на земную поверхность или было бы отброшено далеко за околоземную орбиту. Если бы даже захват был удачным, Луна стала бы ретроградным спутником( на самом деле – синхронный), а ее орбита приобрела бы высокий эксцентриситет.

Кроме того, по всем физико-химическим параметрам Луна совсем не похожа на твердотельные планеты Солнечной системы. Образоваться же в области газовых гигантов она также не смогла, т.к. там недостаточно пыли и газов для формирования землеподобного небесного тела.

Ударная версия

Луна могла образоваться вследствие постоянной потери Землей ее небольших фрагментов. Это утверждение гласит, что  молодая планета стала жертвой метеоритной бомбардировки. В результате столкновения с небесными телами обломки Земли, частицы пыли и газа вылетали на околоземную орбиту.  Далее образовавшееся облако приобрело собственную траекторию движения вокруг планеты и так появилась Луна. Эта гипотеза также не объясняет дефицит железа в образцах лунного грунта и другие особенности строения нашего спутника.

И в результате


До сих пор доподлинно не известно, откуда же появилась Луна на орбите Земли.  Все лунные экспедиции 60-70 гг. прошлого века ставили перед собой цель доказать или опровергнуть одну из двух основных гипотез возникновения земного спутника. Ими являлись совместное формирование и захват независимой планеты. Однако ни одна из гипотез не была подтверждена. Если бы Луна сформировалась одновременно с Землей, она бы была абсолютно другого строения и состава. А в случае ее захвата гравитацией нашей планеты, спутника не существовало бы вообще – Луну или разорвало бы или выбросило бы далеко от Земли.

В 2016 году специалисты Вашингтонского университета опровергли и предположение о гигантском столкновении. Они изучили образцы лунного грунта, добытые во времена экспедиций, и установили, что в них в большом количестве содержатся тяжелые изотопы калия. Они могли возникнуть только при крайне высоких температурах. Если бы тепловая энергия, выделившаяся при столкновении Земли и Тейи, достигла таких величин, обе планеты практически испарились. А паровое облако от взрыва, охладившись, сформировало бы тело с площадью в пять сотен раз больше земной.

Несмотря на то, что Луна – самый близкий от нашего дома космический объект, нам о ней мало что известно. И до сих пор не понятно, сможем ли мы вообще разгадать тайну ее появления Луны на нашем небосклоне.


Источник: spaceworlds.ru

Напомним, в начале апреля Трамп подписал указ о государственной поддержке коммерческого освоения ресурсов Луны и других небесных тел, который подразумевает окончательный отказ Соединенных Штатов от соблюдения Соглашения о деятельности государств на Луне и других небесных телах («Соглашения о Луне») 1979 года.

«Американцы должны иметь право вести коммерческое исследование, добычу и использование ресурсов в космическом пространстве в соответствии с применимым законодательством. Космическое пространство является юридически и физически уникальной областью человеческой деятельности, и Соединенные Штаты не рассматривают его как глобальное всеобщее достояние», — сказано в указе американского лидера.

Соглашение о Луне было принято резолюцией Генассамблеи ООН в декабре 1979 года. В этом документе спутник Земли объявляется достоянием всего человечества. Также там сказано, что исследование и использование Луны должно осуществляться только в мирных целях и в интересах всех стран мира в соответствии с международным правом. Соглашение исключает претензии со стороны любого государства на распространение своего суверенитета на какое-либо небесное тело.


Соглашение вступило в силу только для нескольких ратифицировавших его государств, причем среди них нет ни одного члена «Большой семерки», постоянного члена Совета Безопасности ООН или государства, обладающего сколько-нибудь серьезной космической программой.

Еще в 2011 году NASA в специальном докладе выразило озабоченность вопросами защиты имущества на Луне. Документ носил название «Рекомендации для организаций, ведущих деятельность в космосе: как защитить и сохранить историческую и научную ценности принадлежащих правительству США лунных объектов» и регламентировал деятельность государств и коммерческих организаций при высадке на земном спутнике с целью не допустить ущерба американской собственности.

В 2019 году Трамп потребовал «любой ценой» отправить американцев на Луну в течение ближайших пяти лет. После этого NASA объявило о космической программе «Артемида», состоящей из двух этапов — высадки экипажа с первой женщиной на Луне и полетов на спутник с созданием на нем основательной инфраструктуры.

В Роскосмосе планы США по добыче ресурсов на Луне называют проявлением агрессии и попыткой захвата территории. «Попытки экспроприации космического пространства и агрессивные планы по фактическому захвату территорий других планет едва ли настраивают страны на плодотворное сотрудничество. В истории уже были примеры, когда одна страна решила начать захватывать территории в своих интересах — все помнят, что из этого вышло», — заявил заместитель генерального директора Роскосмоса по международному сотрудничеству Сергей Савельев.


Ранее «Ридус» рассказывал о планах США и России по освоению Южного полюса Луны.

Источник: pikabu.ru

Группа японских ученых во главе с Нацуки Хосоно заявила, что сумела решить эту задачу с помощью компьютерной модели. Все встает на свои места, если допустить, что на момент столкновения поверхность Земли была не твердой, а состояла из океана расплавленной магмы. А вот Тейя была полностью твердой. Модель показала, что в этом случае, даже при ударе по касательной, жидкая магма Земли стала основой выброшенного в околоземное пространство материала. Когда он остыл, сформировалась Луна в ее нынешнем виде.

Надо отметить, что версии о земной магме выдвигались и раньше, однако встречали возражение многих ученых и прежде всего геологов. Они не находили подтверждений, что в истории Земли был такой период. А чтобы на модели проверить гипотезу образования Луны из "жидкой" Земли, не хватало компьютерных мощностей и алгоритма расчета.

Заслуга группы Нацуки Хосоно именно в том, что они впервые сумели разработать алгоритм, позволивший существенно увеличить объемы и скорость вычислений. Авторы отмечают, что модель не только подтверждает гипотезу гигантского столкновения, но и освобождает ее от многих ограничений, связанных со скоростью ударного тела и углом столкновения.


оме того, модель показывает, что после столкновения "частицы" магмы нагреваются и, частично переходя в газообразное состояние, увеличиваются в объеме сильнее, чем твердые "частицы", образовавшиеся при разрушении Тейи, и именно они составляют основной объем выброшенного на орбиту Земли материала. Поэтому по геохимическим признакам состав Луны гораздо ближе к земному материалу, чем к материалу ударного тела. К моменту оформления на орбите Земли протопланетного облака Луны соотношение в нем массы земного вещества и вещества Тейи составило примерно 80:20. Но даже эти цифры вызывает у ученых вопросы. Ведь изотопный состав кислорода в породах Земли и Луны настолько близок, что допускает лишь минимальное количество в составе Луны другого материала, кроме земного. И конечно, геологам надо искать доказательства, что Земля была когда-то расплавленной. Так что модель требует как минимум уточнений.

Германские ученые из Мюнстерского университета утверждают, что нашли убедительный ответ на вопрос: как и когда вода появилась на Земле. Ранее было известно, что так называемые "углеродистые" метеориты, которые относительно богаты водой, происходят из внешней области Солнечной системы, а более сухие "неуглеродистые" метеориты образовались в ее внутренней области. Но когда и как этот углеродистый материал с водой попал на Землю?


Найти ответ немецким ученым помогли изотопы металла молибдена. Они позволяют различить углеродистые и неуглеродистые материалы и понять, где они сформировались — во внешней или внутренней области Солнечной системы. В итоге ученые доказали, что большая часть молибдена в мантии Земли появилась от протопланеты Тейя, столкновение которой с Землей около 4,4 миллиарда лет назад привело к образованию Луны. А сама Тейя произошла из внешней области Солнечной системы. По словам ученых, в результате столкновения было получено достаточно углеродистого материала, чтобы обеспечить Землю огромным количеством воды.

Источник: rg.ru

Исторические взгляды на происхождение Луны[править | править код]

Луна́ своим видом и фактом существования всегда изумляла человечество. В древности многие народы поклонялись Луне как божеству. Древние греки, возможно, первыми стали изучать Луну, используя научный подход. В третьем веке до н. э. Аристарх Самосский, наблюдая земную тень на Луне во время лунных затмений, оценил расстояние до Луны в шестьдесят радиусов Земли (замечательный результат: по современным данным, радиус лунной орбиты меняется в пределах от 55 до 63 земных радиусов). Плутарх предполагал, что на Луне могут жить люди — селениты. Считалось, что тёмные пятна на Луне — это моря, а светлые места — суша.


В 1609 году Галилео Галилей обнаружил на Луне горы и кратеры, разглядев в телескоп отбрасываемые ими тени. На основании своих наблюдений Галилей пришёл к выводу, что Луна является каменистым телом, как и Земля. С тех пор над загадкой образования Луны размышляли многие поколения учёных, начиная с Иммануила Канта и Рене Декарта. С начала семнадцатого века и до середины двадцатого было выдвинуто несколько основных гипотез, которые имели своих сторонников и свои взлёты популярности.

Первую научную теорию возникновения Луны выдвинул в 1878 году британский астроном Джордж Говард Дарвин[2]. Согласно этой теории, Луна отделилась от Земли в виде магматического сгустка под действием центробежных сил. Альтернативная «теория захвата» предполагала существование Луны как отдельной планетезимали, захваченной гравитационным полем Земли[2]. Теория совместного формирования предполагает одновременное формирование Земли и Луны из единого массива мелких обломков породы[2]. Анализ грунта, доставленного миссией Аполлон, показал, что лунный грунт по составу значительно отличается от земного[3]. Кроме того, современные компьютерные модели показали нереальность отделения от Земли массивного тела под действием центробежных сил[3]. Таким образом, ни одна из трех первоначальных теорий не выдерживает критики (см. также «Гипотезы происхождения Луны» ниже


).

Новая эра в изучении Луны началась в 1960-х годах, с полётов к Луне советских автоматических станций и американских «Аполлонов». Появилась новая наука — селенология. На Землю были доставлены образцы лунных пород, которые дали богатый материал для размышлений и переоценки старых идей.

Возникновение Солнечной системы[править | править код]

Возникновение Солнечной системы началось с гравитационного сжатия газопылевого облака, в центре которого сформировалось самое массивное тело — Солнце. Вещество протопланетного диска собралось в небольшие планетезимали, которые сталкивались между собой и образовывали планеты. Часть планетезималей была выброшена из внутренних областей в пояс Койпера и в облако Оорта.

Общее и особенное в свойствах Луны, Земли и системы Земля — Луна[править | править код]

Любая рассматриваемая гипотеза образования Луны должна не только соответствовать физическим законам, но и объяснять следующие обстоятельства:

  • Средняя плотность Луны составляет 3,3 г/см³, значительно уступая средней плотности Земли — 5,5 г/см³. Причина — у Луны очень маленькое железо-никелевое ядро — оно составляет всего 2-3 % от общей массы спутника (по данным миссии NASA «Lunar Prospector»). Металлическое ядро Земли составляет около 30 % массы планеты.
  • Луна, по сравнению с Землёй, имеет весьма низкое содержание легколетучих элементов, таких, как водород, азот, фтор, инертные газы. И напротив, на Луне наблюдается некоторый излишек относительно тугоплавких элементов, например, титана, урана и тория.
  • Породы лунной коры и породы земной коры и мантии практически идентичны по соотношению стабильных изотопов кислорода 16O, 17O, 18O (это соотношение иногда называют «кислородной подписью»). Для сравнения, метеориты из разных частей Солнечной системы (в том числе и т. н. марсианские метеориты) имеют совершенно другие соотношения изотопов кислорода. Такая идентичность свидетельствует о том, что Земля и Луна (или, как минимум, поверхность Луны) сформировались из одного слоя планетезималей — на одинаковом расстоянии от Солнца.
  • Луна имеет мощную прочную кору толщиной в 60-80 километров (в несколько раз толще земной коры), образованную из анортозитовых пород — продуктов плавления лунной мантии. Поэтому полагают, что Луна когда-то была нагрета до полного расплавления. Земля, как считается, никогда не была полностью расплавленной.
  • Луна и Земля примечательны самым большим в Солнечной системе отношением массы спутника к массе планеты — 1:81 (выше — только у Харона и Плутона, но последний уже не считается планетой, и ряда меньших объектов);
  • Система Земля—Луна обладает необычно высоким угловым моментом импульса (уступая, опять же, только системе Плутон—Харон).
  • Плоскость орбиты Луны (наклон 5° к эклиптике) не совпадает с экваториальной плоскостью Земли (наклон 23,5° к эклиптике).

Гипотезы происхождения Луны[править | править код]

На основании этого были выдвинуты следующие гипотезы:

  • Гипотеза центробежного разделения: от быстро вращающейся протоземли под действием центробежных сил отделился кусок вещества, из которого затем образовалась Луна. Эту гипотезу в шутку называют «дочерней».
  • Гипотеза захвата: Земля и Луна образовались независимо, в разных частях Солнечной системы. Когда Луна проходила близко к земной орбите, она была захвачена гравитационным полем Земли и стала её спутником. Эту гипотезу в шутку называют «супружеской».
  • Гипотеза совместного образования: Земля и Луна образовались одновременно, в непосредственной близости друг от друга (в шутку — «сестринская» гипотеза).
  • Гипотеза испарения: из расплавленной протоземли были выпарены в пространство значительные массы вещества, которые затем остыли, сконденсировались на орбите и образовали протолуну.
  • Гипотеза многих лун: несколько маленьких лун были захвачены гравитацией Земли, затем они столкнулись друг с другом, разрушились, и из их обломков образовалась нынешняя Луна.
  • Гипотеза столкновения: протоземля столкнулась с другим небесным телом, а из выброшенного при столкновении вещества образовалась Луна.
  • Взрыв природного ядерного реактора. Природный ядерный реактор перешел в критический режим, взорвался и выбросил с Земли вещество, достаточное для образования Луны. Если этот реактор располагался вблизи границы между мантией и ядром и неподалеку от экватора, то значительное количество горных пород Земли оказалось бы на экваториальной орбите[4].

Рассмотрение гипотез[править | править код]

До полётов «Аполлонов» основными в научном мире считались три гипотезы образования Луны: центробежного отделения, захвата, совместной аккреции. В англоязычной литературе их называют «Большой тройкой» (англ. The Big Three).

Гипотеза центробежного отделения[править | править код]

Гипотезу отделения Луны от Земли впервые выдвинул Джордж Дарвин, сын знаменитого Чарльза Дарвина, в 1878 году. Он предположил, что Земля, после образования, вращалась с очень высокой скоростью. Под действием центробежных сил планета стала настолько вытянутой по экватору, что от неё оторвался крупный кусок вещества (возможно, этому способствовали приливные силы Солнца). Из этого вещества впоследствии образовалась Луна. Эту гипотезу поддержал в 1882 году геолог Осмонд Фишер (англ.)русск.: по его мнению, бассейн Тихого океана образовался именно на том месте, где оторвалась от Земли будущая Луна. Гипотеза Дарвина — Фишера приобрела большую популярность и оставалась общепринятой в начале XX века.

Соображения за и против
Отрыв вещества от чрезмерно растянутого экваториального выступа хорошо объясняет имеющийся размер Луны. Этой гипотезе хорошо соответствует и меньшая плотность Луны, поскольку она соответствует плотности земной мантии. Современные данные подтверждают и факт более быстрого вращения Земли в далёком прошлом (см. приливное ускорение Луны). Однако требуемая для центробежного отрыва скорость вращения чрезмерно велика (один оборот Земли за 1-2 часа). Момент импульса вращения Земли в таком случае должен был в 3-4 раза превышать нынешний момент импульса системы Земля — Луна (который и без того необычно высок). Появление у образовавшейся Земли такого момента импульса вращения невозможно объяснить, как невозможно объяснить и его последующее исчезновение.
Более низкое, чем у Земли, содержание летучих элементов в лунном веществе не вписывается в данную гипотезу. К тому же современная теория тектоники литосферных плит считает, что тихоокеанский бассейн в его нынешнем виде существует всего около 70 миллионов лет, и никак не мог образоваться при отрыве мантии от Земли.

Гипотеза захвата[править | править код]

Гипотезу захвата первым выдвинул в 1909 году американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си (Thomas Jefferson Jackson See). По этой гипотезе, Луна образовалась как независимая планета где-то в Солнечной системе, а затем в результате неких пертурбаций перешла на эллиптическую орбиту, пересекающуюся с орбитой Земли. При очередном сближении с Землёй Луна была захвачена гравитацией Земли и стала её спутником.

Соображения за и против
За:
  • Легенды ряда народов Земли, в частности, догонов, говорят о временах, когда Луны на небе ещё не было, и о появлении на небе нового светила (Луны).
  • При подготовке к отправке спускаемой автоматической станции на Луну в ОКБ С. П. Королёва пришлось решать вопрос о её происхождении. Если считать, что Луна вращается вокруг Земли миллиарды лет и, поскольку у неё нет плотной атмосферы, на её поверхности должен был скопиться многометровый слой опадающей из космоса пыли, в котором при посадке утонула бы станция, сконструированная для посадки на твёрдый грунт. В ОКБ разгорелись споры и появилось два подхода к созданию спускаемой части станции. Первый предполагал слой лунной пыли на поверхности и разработку средств посадки и передвижения по такому слою (например, пылевые катера). Второй — что Луна была захвачена Землёй сравнительно недавно и поэтому поверхность Луны, соответственно, твёрдая, на что и можно рассчитывать при посадке. Поскольку не было подтверждённых научных данных, ни один подход не мог взять верх, а учесть оба по техническим причинам было невозможно. Известно, что в этих условиях С. П. Королёв принял волевое решение считать поверхность Луны твёрдой и рассчитывать станцию соответственно:

следует рассчитывать на достаточно твёрдый грунт типа пемзы[1]

Против:
  • Захват Луны земной гравитацией мог бы хорошо объяснить высокий момент импульса системы Земля — Луна. Но результаты моделирования показывают, что вероятность захвата Землёй пролетающего тела с массой Луны ничтожно мала. Гораздо более вероятно, что пролетающая планета столкнулась бы с Землёй или наоборот, была бы отброшена гравитацией Земли далеко за пределы земной орбиты. Вариант с возможным захватом требует прохождения Луны на расстоянии меньше предела Роша, то есть Луна, возможно, была бы разорвана действием приливных сил.
  • Если бы захват всё-таки произошёл, то Луна, скорее всего, обращалась бы вокруг Земли в противоположном (ретроградном) направлении (как это наблюдается у захваченных лун Юпитера), и по сильно вытянутой эллиптической орбите.
  • Малая плотность Луны и отсутствие у неё железного ядра могут быть объяснены, если предположить, что Луна образовалась за пределами зоны планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс). Но тогда невозможно объяснить дефицит летучих элементов, которые есть в изобилии в зоне планет-гигантов. Трудно найти в Солнечной системе подходящую область с меньшим содержанием и того, и другого.
  • Идентичность соотношения изотопов кислорода на Луне и на Земле совершенно не вписывается в данную гипотезу.

Свою версию гипотезы захвата — с разрушением захваченной планеты приливными силами Земли — предложили в 1989 году Олег Сорохтин и Сергей Ушаков. По их теории, планета с соседней орбиты, названная Протолуной, была захвачена Землёй и перешла на околоземную орбиту. Поскольку новый спутник обращался быстрее вращения планеты, интенсивные приливные силы притягивали его к Земле (одновременно «раскручивая» Землю). Наконец, новообретённый спутник приблизился на расстояние предела Роша и начал разрушаться. Вещество с Протолуны по спирали устремилось к Земле. Затем спутник был практически разорван, его железное ядро упало на Землю, а значительная часть вещества коры осталась на орбите. Из этих обломков начала образовываться Луна, обретая сферическую форму и удаляясь от Земли.

Последнее место гипотезы выглядит слабым: почему Луна стала удаляться от Земли, если до этого Протолуна обращалась быстрее периода вращения Земли и приливные силы Земли тормозили её, приближая к Земле? Неясно также, почему на Землю упало именно железное ядро, а не вещество коры. И наконец, сама возможность столь удачного и «плавного» захвата соседней планеты по-прежнему выглядит крайне маловероятной.

Гипотеза совместного формирования (совместной аккреции)[править | править код]

Впервые подобную гипотезу представил Иммануил Кант в труде по космогонии, в 1755 году. Он предположил, что все небесные тела появились в результате сжатия пылевого облака, а Луна и Земля сформировались вместе, из одного пылевого сгустка: сначала Земля, потом, из оставшегося вещества, Луна. Большим сторонником гипотезы совместной аккреции был знаменитый астроном Эдуард Рош. В Советском Союзе гипотезу коаккреции активно разрабатывала школа Отто Шмидта (Виктор Сафронов, Евгения Рускол и др.). До 1970-х годов гипотеза совместной аккреции считалась наиболее проработанной.

Гипотеза предполагает, что Земля и Луна просто «выросли» на одной орбите как двойная планета, из первоначального протопланетного роя твёрдых частиц. Первой начала формироваться прото-Земля. Когда она набрала достаточную массу, частицы из протопланетного роя захватывались её притяжением и начинали вращаться вокруг зародыша планеты по самостоятельным эллиптическим орбитам. Из этих частиц образовался собственный околопланетный рой. Частицы роя сталкивались между собой, некоторые теряли скорость и падали на прото-Землю. Орбиты других усреднялись между собой — рой приобретал орбиту, близкую к круговой. Затем из этого роя начали формироваться зародыши будущего спутника, Луны.

Соображения за и против
Если Земля и Луна формировались в непосредственной близости, то идентичность кислородно-изотопного соотношения легко объясняется. Но тогда совершенно непонятными становятся различие в плотности двух тел, а также дефицит железа и летучих элементов на Луне.
По словам Уильяма Хартмана, «трудно представить, что два небесных тела вырастают рядом из одного орбитального слоя вещества, но при этом одно из них забирает всё железо, а второе остается практически без него».
Сторонники гипотезы объясняют это тем, что куски вещества роя при столкновениях дробились, затем тяжёлые железные частицы выпадали на Землю, а силикатная пыль оставалась на орбите. Такое объяснение вряд ли можно признать удовлетворительным: для этого практически все частицы роя должны были предварительно разрушиться до состояния пыли[5].
Сходным образом в этой гипотезе объясняется и дефицит летучих веществ — они испарялись при столкновениях и дроблениях частиц роя. Но для этого частицам пришлось бы сталкиваться на высоких относительных скоростях, а ведь они все, как предполагается, обращались в одном направлении. Притом, аналогичный процесс должен был бы происходить и при формировании Земли и других планет земной группы, но результатов этого не наблюдается.
Эта гипотеза также не смогла дать вразумительного объяснения ни большому моменту импульса системы Земля — Луна, ни наклону лунной орбиты в 5° к плоскости земной орбиты[6] [7].

Гипотеза испарения[править | править код]

В 1955 году Эрнст Юлиус Эпик выдвинул гипотезу, частично соединяющую гипотезы центробежного разделения и совместного образования. По его версии, прото-Земля, окружённая кольцом бомбардировавших её каменных частиц, от постоянных ударов разогрелась до высокой температуры — около 2000 °C. Значительные массы вещества были выпарены назад, в околоземное пространство. Солнечный ветер сдул летучие элементы, а более тяжёлые компоненты сконденсировались и соединились с материалом вращающихся колец, которые затем слились в один большой кусок вещества — Луну. Если нагревание Земли произошло на поздней стадии её формирования, то к этому времени тяжелые железные породы уже опустились в ядро, а содержание железа в поверхностных слоях Земли было значительно меньше первоначального.

Соображения за и против
Гипотеза испарения очень хорошо объясняет данные о химическом составе Луны, но не может разрешить ни проблему высокого углового момента импульса, ни проблему наклона лунной орбиты. Геологические данные также не подтверждают столь сильный разогрев Земли на стадии формирования: состав пород земной коры свидетельствует, что Земля никогда не была полностью расплавленной.

Гипотеза многих лун[править | править код]

Гипотезу образования одной большой Луны из нескольких спутников представили в 1960-х годах Томас Голд и Гордон Макдональд. Их основная идея состояла в том, что Земле гораздо проще было бы захватить по отдельности несколько пролетавших мимо небольших небесных тел, чем одно крупное. Если Земля «поймала» от шести до десяти мелких лун, то их орбиты в дальнейшем могли изменяться приливными силами. На протяжении примерно миллиарда лет луны могли сталкиваться друг с другом, а из их обломков сформировалась бы Луна.

Соображения за и против
Неправдоподобно выглядит сама возможность захвата Землёй большого количества спутников с их последующим разрушением. Марс имеет два небольших спутника (Фобос и Деймос), которые до сих пор сосуществуют на околомарсианских орбитах. Венера, масса которой близка к земной, вообще не имеет спутников, как и Меркурий.
Эта гипотеза также не объясняет идентичность изотопно-кислородного состава Луны и Земли.

Гипотеза столкновения[править | править код]

Гипотеза столкновения была предложена Уильямом Хартманомruen и Дональдом Дэвисом (Donald R. Davis) в 1975 году. По их предположению, протопланета (её назвали Тейя) размером примерно с Марс столкнулась с прото-Землёй на ранней стадии её формирования, когда наша планета имела примерно 90 % нынешней массы. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения.

Соображения за и против
Гипотеза столкновения в настоящее время считается основной, поскольку она хорошо объясняет все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Земля — Луна. Первоначально большие сомнения вызывала возможность столь удачного соударения (косой удар, невысокая относительная скорость) такого крупного тела с Землёй. Но затем было предположено, что Тейя сформировалась на орбите Земли, в одной из точек Лагранжа системы Солнце — Земля. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.
  • для объяснения дефицита железа на Луне приходится принимать допущение, что ко времени столкновения (4,5 млрд лет назад) и на Земле, и на Тейе уже произошла гравитационная дифференциация, то есть выделилось тяжёлое железное ядро и образовалась лёгкая силикатная мантия. Однозначных геологических подтверждений этому допущению не найдено.

Гипотеза метеоритной бомбардировки[править | править код]

В 2007 году физик Николай Горькавый предположил, что Земля постепенно теряла свою массу в результате астероидной бомбардировки космическими телами размером в десятки и сотни километров[8]. Эти столкновения забросили часть вещества мантии Земли в космическое пространство, где из него образовалась Луна[9]. Гипотеза объясняет, откуда в лунном материале (и у полюсов Луны) вода, которая, согласно гипотезе гигантского столкновения, должна была выкипеть при мегастолкновении. Также новая гипотеза объясняет другое узкое место теории мегаимпакта: почему после столкновения с Тейей не лишилась воды и Земля, ведь она должна была разогреться до полного выкипания океанов. При ряде малых столкновений такого нагрева планеты быть не могло, и она не могла потерять основную массу воды.

Выводы Горькавого в 2014 году были поддержаны московской группой астрономов[10], а в 2015 году — израильскими специалистами[11].

Заключение[править | править код]

Одной из главных целей американских лунных экспедиций 1960—1970 годов было найти доказательства одной из трёх лидировавших тогда гипотез «Большой тройки» (гипотезы центробежного отделения, захвата и совместной аккреции). Но первые же полученные данные обнаружили серьёзные противоречия со всеми тремя гипотезами. Все накопленные к настоящему моменту факты, как считается[кем?], свидетельствуют в пользу гипотезы, которой во время полётов «Аполлонов» ещё не существовало: гипотезы гигантского столкновения[источник не указан 797 дней].

К началу 2000-х годов выяснилось, что гипотеза гигантского столкновения неудовлетворительно объясняет обеднённость Луны летучими компонентами по сравнению с Землёй, а именно не согласуется с фракционированием изотопов, которое должно происходить при испарении летучих компонентов после столкновения[12]. Поэтому российский геохимик Э. М. Галимов предложил гипотезу формирования Земли и Луны в результате фрагментации общего протопланетного газопылевого скопления, удовлетворительную как с геохимической, так и с динамической точки зрения[13][14].

Литература[править | править код]

  • W. K. Hartmann & D R. Davis: Satellite-Sized Planetesimals and Lunar Origins, Icarus 24 (1975): 504—515.
  • Hartmann, W. K., et al., eds 1986: Origin of the Moon (Houston: Lunar and Planetary Institute)
  • Dana Mackenzie, «The Big Splat, or How Our Moon Came to Be», 2003, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-15057-6.
  • Роберт Хейзен. История Земли: От звездной пыли — к живой планете: Первые 4 500 000 000 лет = Robert Hazen. The Story of Earth. The First 4.5 Billion Years, from Stardust to Living Planet. — М.Исторические взгляды на происхождение Луны: Альпина Нон-фикшн, 2017. — 364 p. — ISBN 978-5-91671-706-8.
  • Иэн Стюарт. Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную. = Stewart Ian. Calculating the Cosmos: How Mathematics Unveils the Universe. — Альпина Паблишер, 2018. — 542 p. — ISBN 978-5-91671-814-0..

Источник: ru.wikipedia.org

В начале этой недели ученые-астрофизики из Института геофизики Парижа опровергли версию происхождения Луны, которая до сих пор считалась наиболее вероятной. Согласно этой гипотезе, примерно 4,5 миллиардов лет назад совсем еще юная Земля столкнулась с протопланетой Тейей, в результате чего образовалась Луна.

[advert]

Компьютерные симуляции, проведенные специалистами, поставили под сомнение эту версию, а заодно и многие другие наши представления о происхождении ближайшего к Земле космического тела.

Как образовалась луна

Редакция «МИР 24» выбрала основные версии происхождения спутника и вместе со специалистами взвесила «за» и «против» популярных гипотез.

Версия №1: одно гигантское столкновение

Модель ударного формирования Луны оставалась доминирующей в науке последние три десятилетия. Астрофизики приняли ее почти единогласно после того, как в декабре 1972 года лунный модуль корабля «Аполлон-17» в ходе последней высадки на спутник доставил на Землю более 110 кг лунных пород.

Анализ химического и изотопного состава грунта привели ученых к мысли о том, что на раннем этапе формирования Солнечной системы Земля могла столкнуться с крупным небесным телом – протопланетой, габариты которой были соразмерны сегодняшнему Марсу, то есть примерно 10,7% от массы Земли.

«Для обоих небесных тел это событие было катастрофическим, и материал, который был выброшен в результате этого столкновения, многие тысячелетия частично оставался на орбите Земли, из-за чего в результате эволюционного сжатия и образовался земной спутник», – рассказывает доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института космических исследований РАН Александр Родин.

Имена небесным телам по традиции даются греческие, мифологические. Поэтому гипотетическая протопланета получила название в честь одной из сестер-титанид Тейи, которая, по верованиям древних греков, была матерью Селены (Луны). Связь между Землей и спутником оказалась настолько сильной, что со временем Луна начала вызывать на Голубой планете приливы и отливы.

Это в свою очередь сформировало на мокрой тверди условия для появления первых элементов биологической жизни (нуклеотидов) из простейших азотистых соединений, смеси фосфата и углеводов. Так под воздействием лунной активности и солнечного света на земной поверхности образовалась первая «лаборатория» для формирования будущей жизни.

В пользу теории мегавзрыва говорит тот факт, что ядро земного спутника слишком мало для планеты, которая сформировалась одновременно с Землей (радиус ядра Луны около 240 километров). Кроме того по своему составу Луна куда однородней нашей планеты. Вроде бы все склоняло ученых к той точке зрения, что причина рождения Луны протокрасавица Тейя.

Подозрения в справедливости такой красивой гипотезы возникли у астрономов Парижского института геофизики. Смущали химические составы земной мантии и лунного грунта. Что-то там было не так. В результате парижские астрономы запустили многолетний эксперимент, который только что завершился.

В течение этого эксперимента они провели 1,7 млрд компьютерных симуляций столкновения Земли и Тейи и выяснили, что масса гипотетического небесного тела, с которым столкнулась Земля, не могла составлять больше 15% от массы нашей планеты.

В противном случае, земная мантия содержала бы в разы больше никеля и кобальта, а из лунного грунта уже давно испарились бы легкие изотопы радиоактивных элементов, которые присутствуют в ней сейчас, например, изотоп гелия-3.

Версия №2: теория множественных бомбардировок

«Последнее исследование французов подтверждает предположение о том, что столкновение было не одно – их было множество, – объясняет доктор Родин, – Будущий материал для формирования спутника накапливался миллионы лет на земной орбите, а сами тела-бомбардировщики были гораздо меньше, чем гипотетическая Тейя».

Однако, по мнению ученого, эпохального переворота это открытие не совершило. Последние десятилетия Луна остается не только самым изученным, но и самым активно изучаемым объектом Солнечной системы. Ежегодно в распоряжение ученых поступают все новые и новые данные, которые опровергают ту или иную из существующих гипотез.

Как образовалась луна

«Компьютерные симуляции помогают нам лишь смоделировать те или иные условия. Примерно так же работают метеорологи, определяя погоду на ближайшее время. Но мы прекрасно понимаем, что даже прогноз на завтра и тот может быть неверным. Что же говорить о таких глобальных событиях, как зарождение живой материи, формирование Луны или Земли», – отметил ученый.

С ним согласен и доктор физико-математических наук, заведующий отделом исследования Луны и планет института им. П. К. Штернберга МГУ Владимир Шевченко.

По его словам, французских астрофизиков на несколько лет опередил российский ученый, директор Института геохимии имени В. И. Вернадского Эрик Галимов, который проанализировал гипотезу о протопланете Тейе и одним из первых в мировой науке смог аргументированно ее опровергнуть. Правда, чисто теоретически. Теперь его теория получила экспериментальное подтверждение.

Версия №3: «сестринская» гипотеза

Гипотеза, к которой сегодня склоняются многие российские ученые, звучит так: Луна и Земля сформировались относительно одновременно из единого газопылевого облака. Это произошло около 4,5 млрд лет назад, что подтверждают данные радиоизотопной датировки метеоритных образцов, так называемых хондритов.

«Зародыш» Земли притянул к себе максимальное число частиц в зоне их доступности, а из оставшихся фрагментов на орбите сформировался меньший по размерам, но схожий по химическому составу спутник.

«Эта теория снимает сомнительные вопросы относительно геохимических показателей лунного грунта, – объясняет Владимир Шевченко. — Если бы мегаудар имел место, Луна должна была бы содержать то же вещество, из которого Земля состояла на момент и была бы куда больше похожа на Землю, чем сейчас», – резюмирует профессор.

Правда, такая красивая гипотеза об общем облаке-прародителе многого не объясняет. Например, того, почему лунная орбита не лежит в плоскости земного экватора и почему ее железно-никелевое ядро сформировалось столь миниатюрным по сравнению с нашим.

Версия №4: планета-пленница, или «супружеская» гипотеза

Одна из самых любопытных гипотез, имеющих при этом наименьшее число доказательств, – гипотеза о том, что Луна изначально образовалась как независимая планета Солнечной системы. В результате отклонения небесного тела от орбиты (так называемых пертурбаций) планета, так сказать, "сбилась с курса" и вышла на эллиптическую орбиту, пересекающуюся с Землей.

При одном из сближений Луна попала в поле действия земной гравитации и превратилась в ее спутник.

Американских астрономов под руководством Томаса Джексона Си эта теория заинтересовала отнюдь не из академических соображений. Дело в том, что легенды древнего африканского народа догонов повествовали о временах, когда на ночном небе еще не было второго светила — Луны.

Несмотря на то, что теория не вписывалась в «Большую тройку» академических гипотез о происхождении спутника, ее всерьез обсуждала группа ученых под руководством Сергея Павловича Королева при проектировке спускаемой автоматической станции.  

Ученым предстояло «вслепую» решить, каким образом была сформирована Луна. От их выводов зависел успех прилуления станции. Ведь если Луна вращается вокруг Земли миллиарды лет, без плотной атмосферы на ее поверхности должен был скопиться многометровый слой опадающей из космоса пыли.

Если это действительно так, станция, предназначенная для посадки на Лунную твердь, просто бы утонула.

Как образовалась луна

Предположение о том, что Луна была захвачена Землей сравнительно недавно, ученым явно нравилось больше. В этом случае ее поверхность должна была быть все еще твердой. Поэтому и аппарат для посадки решили рассчитывать именно на этот сценарий.

Правда, противоречий у этой теории больше, чем у других версий происхождения спутника. Например, почему у изотопов кислорода на Луне и Земле наблюдается такая идентичность?

Или почему Луна вращается в одном направлении с Землей, тогда как луны, захваченные Юпитером – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — вращаются в ретроградном, то есть противоположном от Юпитера направлении.

Как бы то ни было, даже относительно «складные» и «привлекательные» гипотезы не дают точного описания того, как именно на земном небосклоне возникло ночное светило. Впрочем, такие нестыковки наблюдаются при описании любого другого физического явления такого масштаба, отмечает Александр Родин.

Каждое новое открытие, даже проведенное в земных условиях, может в любой момент поставить под сомнение любую «устоявшуюся» в науке гипотезу. Даже о происхождении Земли — не то что ее спутника.

Надежда Сережкина

Источник: paranormal-news.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.