Появление луны


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.

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

Появление луны

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.

Появление луны

«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.

Появление луны


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

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].


ория 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

Появление луны).

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 Н. Горькавый опубликовал работу «Образование Луны и двойных астероидов». По ней предполагается, что Земля постепенно теряла свою массу в результате астероидной бомбардировки космическими телами размером в десятки и сотни километров. Эти столкновения забросили часть вещества мантии Земли в космическое пространство, где из него образовалась Луна[8]. 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 повторены московской группой астрономов, а в 2015 году — и израильской (публикация в Nature Geoscience).

Гипотеза синестии[править | править код]

Предполагается, что Луна возникла из синестии — разогретого до высокой температуры быстро вращающегося астрономического объекта, образовавшегося в результате столкновения.[9][10]

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 632 дня].

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[11]. 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[12][13].

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

Возраст лунной поверхности.

Крупные детали на поверхности Луны образовались в основном вследствие метеоритной бомбардировки. Только темные моря наверняка связаны с вулканической деятельностью, с извержением богатой железом базальтовой лавы.

NASA ПОВЕРХНОСТЬ ЛУНЫ, сфотографированная во время полета «Аполлона-8». Кратеры на поверхности вызваны падением метеоритов.

Определение возраста лунных пород радиоизотопным методом показало, что некоторые образцы, доставленные «Аполлоном-17», имеют возраст 4,6 млрд. лет, т.е. почти тот же возраст, что и сама Луна. Однако большая часть материковых пород моложе примерно на 700 млн. лет. Это указывает, что активная бомбардировка Луны закончилась 3,9 млрд. лет назад, оставив после себя огромные круглые воронки, такие как Море Дождей и Море Восточное. Морской базальт еще моложе: от 3,9 до чуть более 3,0 млрд. лет. Однако анализ изотопов четко показывает, что разделение химических элементов в недрах Луны произошло 4,3 млрд. лет назад. Примерно в это время сформировались истоковые области основных лунных пород. См. РАДИОУГЛЕРОДНОЕ ДАТИРОВАНИЕ.

По окончании извержения последней морской лавы (вероятно, в Море Дождей) самым значительным событием в истории Луны было образование кратеров, таких, как Коперник (850 млн. лет назад) и постепенное нарастание толстого пылевого слоя – лунного реголита – под действием ударов мелких метеоритов и ионизующего облучения.

Поскольку лунные детали не сильно изменились за время существования Солнечной системы, по ним можно судить о самых ранних эпизодах в истории системы Земля – Луна. Тот факт, что большинство лунных кратеров гораздо старше самых древних земных пород, помогает понять, почему на Земле мы не встречаем крупных ударных бассейнов: обладая более мощным гравитационным полем, Земля в первые 700 млн. лет существования Солнечной системы должна была подвергаться более интенсивной бомбардировке, чем Луна, но активные геологические процессы на Земле уничтожили все свидетельства той бомбардировки.

Жесткость.

Различные данные позволяют заключить, что Луна значительно более жесткий объект, чем Земля, а значит, температура в недрах Луны была относительно невысокой. Изучение орбиты Луны и ее либраций показало, что фигура Луны представляет собой трехосный эллипсоид. Эта форма не соответствует той, которую должна была бы принять Луна под действием собственной силы тяжести, гравитационного поля Земли и центробежных сил, вызванных вращением Луны. Для поддержания этой неправильной формы требуется, чтобы Луна была жесткой, по крайней мере в своих внешних слоях.

Области большой концентрации массы – масконы, открытые в 1968 под лунной поверхностью, также указывают на достаточную жесткость внешних оболочек Луны. Масконы располагаются под круглыми морями, сформировавшимися в результате мощных столкновений (например, Море Дождей, Море Ясности, Море Кризисов, Море Нектара и Море Влажности), а также под областями, которые в прошлом могли быть морями, но затем оказались покрыты ударными кратерами. Масконы демонстрируют, что на Луне, по крайней мере в областях, лежащих над масконами, отсутствует изостазия – известное на Земле явление, при котором массивные блоки коры медленно тонут до тех пор, пока не достигнут равновесия с остальными участками коры.

Для объяснения масконов предложены различные гипотезы: 1) это остатки упавших на Луну тел. Возникшие при ударе кратеры должны были заполниться расплавленными силикатами, фрагментами породы и пылью, образовав ровную морскую поверхность. При разумных допущениях эта идея обеспечивает хорошее согласие наблюдаемого избытка массы с возможной массой падавших объектов; 2) масконы образованы потоками лавы, заполнившей большие ударные бассейны. Однако трудно поверить, что миллионы кубических километров лавы могли излиться в эти области и затем не растечься; 3) это наружные «пробки» плотного вещества мантии, застывшего в местах столкновений.

Плотность и химический состав.

Средняя плотность Луны 3,34 г/см3. Это близко к плотности метеоритов хондритов, т.е. солнечного вещества, за исключением наиболее летучих его компонентов, таких, как водород и углерод. Плотность Луны близка и к плотности земной мантии; по крайней мере, это не противоречит гипотезе о том, что Луна некогда оторвалась от Земли. Значительно более высокая средняя плотность Земли (5,5 г/см3) в основном обусловлена плотным железным ядром. Низкая плотность Луны означает отсутствие у нее заметного железного ядра. Более того, момент инерции Луны свидетельствует о том, что это шар однородной плотности, покрытый анортозитовой (богатый кальцием полевой шпат) корой толщиной 60 км, что подтверждается сейсмическими данными. См. ЗЕМЛЯ; МЕТЕОРИТ.

Основными лунными породами являются: 1) морские базальты, более или менее богатые железом и титаном; 2) материковые базальты, богатые камнем, редкоземельными элементами и фосфором; 3) алюминиевые материковые базальты – возможный результат ударного плавления; 4) магматические породы, такие, как анортозиты, пироксениты и дуниты.

Реголит (см. выше) состоит из фрагментов основной породы, стекла и брекчии (порода, состоящая из сцементированных угловатых обломков), образовавшихся из основных типов пород. Лунные породы не полностью схожи с земными. Обычно лунные базальты содержат больше железа и титана; анортозиты на Луне более обильны, а летучих элементов, таких, как калий и углерод, в лунных породах меньше. Лунные никель и кобальт, вероятно, были замещены расплавленным железом еще до окончания формирования Луны. См. БАЗАЛЬТ; БРЕКЧИЯ; ГЕОЛОГИЯ; МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ.

Тепловая история.

Современная температура лунных недр зависит от ее начальной температуры и тепла, выделившегося и сохранившегося с момента ее образования. Начальная высокая температура внешних слоев Луны в основном обязана кинетической энергии вещества, падавшего на Луну на заключительной стадии ее формирования. Определенный вклад мог внести и короткоживущий изотоп алюминий-26. Вместе эти явления могли породить «океан» расплавленной магмы глубиной в сотни километров и дефицит летучих элементов.

Выделение тепла в глубоких слоях Луны зависит от концентрации радиоактивных изотопов уран-235, уран-238, торий-232 и, в меньшей степени, калий-40. Сохранение этого тепла зависит от теплопроводности внешних слоев Луны. Тепловой поток из лунных недр был измерен экспедициями «Аполлон-15 и -16» и показал относительно высокое содержание урана и тория на фоне дефицита других тугоплавких элементов. Современный температурный профиль Луны, т.е. ход температуры с глубиной, был изучен в экспериментах по электропроводности. Оказалось, что температура плавления достигается лишь на глубине 1000 км; это согласуется с сейсмическими данными о небольшом расплавленном ядре и глубине очагов лунотрясений около 800 км.

Происхождение.

В конце 19 в. Дж.Дарвин предположил, что Луна оторвалась от Земли в результате резонанса колебаний. Если объединить Луну и Землю, то период вращения составил бы примерно 4 ч. Период естественных колебаний Земли, по мнению ученых 19 в., был около 2 ч. Это указывает, что мог возникнуть резонанс, приводящий к усилению колебаний до такой степени, что от единого тела мог оторваться небольшой «кусочек» – Луна. Но теперь известно, что период собственных колебаний Земли короче 1 ч. Кроме того, затухание колебаний, вызванное сильным внутренним трением, не позволило бы им достичь большой амплитуды. К тому же только что отделившаяся Луна должна была бы обращаться по орбите быстрее Земли, и приливные силы вернули бы ее обратно.

Теорию отделения Луны пытались недавно возродить идеей о том, что момент инерции Земли уменьшился, когда ее вещество разделилось на металлическое ядро и силикатную мантию; от этого возросла скорость вращения, что и заставило часть вещества оторваться в качестве самостоятельного тела. Но все равно для этого требуется высокая начальная скорость вращения Земли, чтобы гигантская энергия вращения затем диссипировала в тепло земных недр, а большая часть момента была бы унесена из системы Земля – Луна, например, путем выброса значительной массы (что выглядит уж совсем невероятно). Итак, проблемы, связанные с сохранением энергии и момента импульса, делают теорию отделения Луны от Земли маловероятной. Последние химические данные, особенно в отношении железа и редкоземельных элементов, показали, что состав лунной поверхности существенно отличается от земной. Поэтому теорию отделения сейчас не рассматривают всерьез.

Ряд других теорий происхождения Луны основан на том, что она могла образоваться при объединении мелких частиц, движущихся по орбите вокруг первобытной Земли. В одной из моделей Земля и Луна формируются из единого газового облака как двойная планета. Но это маловероятно, поскольку по химическому составу Луна отличается от Земли, имеющей большое железо-никелевое ядро. Потерять же большую массу газа такая крупная планета, как Земля, не могла.

Другая теория двойной планеты утверждает, что Луна образовалась из облака мелких твердых частиц, обращавшихся вокруг Земли на последней стадии ее формирования. Предполагается, что эти частицы отличались от Земли по химическому составу и содержали больше воды или меньше тяжелых элементов, таких, как никель и железо. Но если было так, то система Земля – Луна должна была бы иметь больший удельный момент импульса, чем это следует из соотношения между массой и моментом для планет. По оценкам, Луна могла бы сформироваться из таких частиц за очень короткое время – примерно за 80 лет. В этом случае Луна была бы горячей, вопреки указанным выше фактам.

Теория захвата Луны популярна среди ученых, хотя на первый взгляд она кажется маловероятной, поскольку при захвате Луна должна была бы потерять большую энергию, равную Gm1m2/2c, где m1 и m2 – массы Земли и Луны, G – гравитационная постоянная, c – большая полуось орбиты (среднее расстояние между Землей и Луной). Предлагались различные механизмы захвата. В одном из них Луна была захвачена на обратную орбиту (т.е. обращалась вокруг Земли в направлении, противоположном движению большинства тел Солнечной системы); затем приливное влияние Земли уменьшило лунную орбиту и перевернуло ее плоскость, т.е. сначала орбита стала полярной, а затем прямой, с привычным нам направлением обращения; после этого размер орбиты начал возрастать. В точке наибольшего сближения с Землей расстояние до Луны было 2,9 земных радиуса. В этом случае потеря энергии должна составить 10 килоджоулей на каждый грамм лунного вещества, что примерно вчетверо больше энергии, необходимой для полного плавления Луны. Поэтому такую теорию трудно принять.

Согласно другой теории, сначала было захвачено несколько небольших лун, а позже из них сформировалась современная Луна. Только после этого приливные эффекты стали играть заметную роль, поэтому маленькие спутники могли находиться вблизи Земли длительное время. Разрушительный захват, в результате которого Луну буквально разорвало, когда она прошла вблизи Земли, мог бы объяснить потерю ею первоначального железа. С другой стороны, захват при столкновении мог бы объяснить сравнительно позднюю бомбардировку Луны. При этом избыток энергии был израсходован при столкновениях с малыми лунами, а бомбардировка происходила, когда Луна, удаляясь от Земли, встречалась с оставшимися спутниками.

По имеющимся данным можно предположить, что Земля сформировалась с периодом вращения около 10 ч, что дало ей большой удельный момент импульса. Одна Луна (или несколько лун) была захвачена Землей; эта Луна (или луны), обращаясь вокруг Земли, присоединяла к себе прочие тела, а некоторые выбрасывала с околоземной орбиты на околосолнечную. При этом Луна обращалась в прямом направлении по орбите с главной полуосью около 40 земных радиусов, которая не лежала в плоскости экватора Земли. Быстрое удаление Луны от Земли должно было начаться лишь в недавнем геологическом прошлом, когда океаны и континентальный шельф стали достаточно мощными, чтобы усилить приливное трение.

Теории захвата предполагают, что луноподобные объекты сформировались где-то до их захвата. Вполне вероятно, что этому способствовало наличие различных газов. Газовым телам свойственна гравитационная неустойчивость; это является главной причиной формирования звезд (см. ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС). Этот же процесс мог способствовать аккумуляции твердых частиц в протопланетном облаке вокруг Солнца. Позже энергия излучения и вращающееся магнитное поле вытеснили газ из облака, а твердые тела остались на гелиоцентрических орбитах.

Луна – весьма необычный спутник. Только Харон – спутник Плутона, открытый в 1978, еще более массивен по отношению к своей планете. Если бы теории отрыва от Земли или теории двойной планеты были верны, то выглядело бы странным, почему Венера, столь похожая на Землю по массе и расстоянию от Солнца, не имеет спутника. Более того, Венера вращается в обратную сторону. Если бы у Меркурия, Венеры, Земли и Марса имелись большие спутники, двигающихся в прямом направлении, то Галилей и все ученые после него согласились бы, что эти спутники оторвались от своих планет или образовались вместе с ними. Странный наклон осей вращения многих планет и обратное вращение Венеры дают повод предполагать, что процесс их формирования протекал в присутствии многих крупных объектов типа Луны, и они, сталкиваясь, образовали планеты. И только Земля смогла захватить один из этих объектов, который стал нашей прекрасной Луной. А Венера, испытав столкновение с объектом, движущимся в обратном направлении, сама начала вращаться в том же направлении.

Источник: www.krugosvet.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.