100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Три теории появления Луны: рассказываем детально

Три теории появления Луны: рассказываем детально

Сложно представить что-то более привычное, чем Луна на небесах. Но вы когда-нибудь задумывались, как у Земли появился такой спутник? Многие тайны космоса до сих пор еще не разгаданы человечеством и возникновение Луны — одна из них. На этот счет существует четыре гипотезы.

Исторические взгляды на происхождение Луны

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. 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. Теория совместного формирования предполагает одновременное формирование Земли и Луны из единого массива мелких обломков породы. Анализ грунта, доставленного миссией Аполлон, показал, что лунный грунт по составу значительно отличается от земного. Кроме того, современные компьютерные модели показали нереальность отделения от Земли массивного тела под действием центробежных сил. 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

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.

О Луне

У Земли есть только один спутник – Луна. Он движется вокруг Земли по орбите на среднем расстоянии от нее в 376 284 км.

Сила тяготения Земли постепенно замедляет вращение Луны вокруг своей оси, так что теперь Луна обходит весь свой путь вокруг Земли точно за такое же время, какое занимает один ее оборот вокруг своей оси. Такое синхронное вращение означает, что мы, глядя на Луну с Земли, всегда видим только одну ее сторону. Обратную сторону Луны удалось увидеть только космонавтам и космическим кораблям.

Поскольку Луна движется вокруг Земли, Солнце освещает различные доли ее поверхности.

Посмотрите на картинку. Вы видите на ней, как выглядит Луна из одной и той же точки Земли, находясь в разных точках своей орбиты: лунный серп, половина лунного диска (первая четверть), прибывающая Луна, полнолуние, убывающая Луна, половина лунного диска (последняя четверть), лунный серп.

Луна имеет очень большой размер относительно Земли. Диаметр Луны на экваторе (в средней части) равен 3475 км, это чуть меньше четверти диаметра Земли. Поэтому некоторые астрономы даже считают, что систему Земля-Луна надо рассматривать как двойную планету.

Но вернемся все-таки к вопросу о происхождении Луны.

2. Захват Луны Землей

В 1909 американские астрономы выдвинули гипотезу о том, что Луна была небольшой, но независимой планетой в Солнечной системе. Но однажды её орбита пересеклась с земной и голубая планета, на правах больших размеров, захватила Луну своей гравитацией.

Теория получила развитие в 1989 году. Советские геофизики выдвинули предположение о том, что существовала некая Протолуна. Она также была захвачена гравитацией Земли, что вызвало разрушение небесного тела. Протолуну буквально разорвало на мелкие части, ядро упало на Землю, а остатки коры остались на орбите. Из этих кусочков и образовалась Луна в том виде, в котором мы привыкли её наблюдать.

Гигантское столкновение

Вокруг молодого Солнца сформировались не только планеты, но и другие тела, которые не подходили под это определение. Одно из таких тел, получившее название Тейя, предположительно, было размером с нынешний Марс. Оно столкнулась с Землей, в результате чего произошел выброс планетной коры. Эти частицы собрались вокруг остатков ядра Тейи, образовав наш нынешний спутник.

Столкновение

Впрочем, теория выглядит вполне правдоподобно, особенно если учесть тот факт, что Луна состоит из более легких элементов, чем наша планета.

Столкнулись

Гипотезы о происхождении Луны

Гипотеза первая

На ранних стадиях существования Земли у нее была система колец вроде той, что имеется у Сатурна. Возможно, Луна образовалась из них?

Гипотеза вторая (центробежного разделения)

Когда Земля была еще совсем юной и состояла из расплавленных пород, она вращалась так быстро, что из-за этого растянулась, приобрела форму груши, а затем верхняя часть этой «груши» оторвалась и превратилась в Луну. Эту гипотезу в шутку называют «дочерней».

Гипотеза третья (столкновения)

Когда Земля была молодой, она подверглась удару какого-то небесного тела, размер которого составлял половину размера самой Земли. В результате этого столкновения огромное количество вещества было выброшено в космическое пространство, а впоследствии из него сформировалась Луна.

Читайте так же:
5 верных способов завоевать симпатию — рассказываем развернуто

Гипотеза четвертая (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 пятая (совместного образования)

Земля и Луна образовались одновременно, в непосредственной близости друг от друга (в шутку — «сестринская» гипотеза).

Гипотеза шестая (многих лун)

Несколько маленьких лун были захвачены гравитацией Земли, затем они столкнулись друг с другом, разрушились, и из их обломков образовалась нынешняя Луна.

Гипотеза седьмая (испарения)

Из расплавленной протоземли были выпарены в пространство значительные массы вещества, которое затем остыло, сконденсировалось на орбите и образовало протолуну.

Каждая из этих гипотез имеет свои «за» и свои «против». В настоящее время основной и более приемлемой считается гипотеза столкновения. Рассмотрим ее подробнее.

Общее и особенное в свойствах Луны, Земли и системы Земля — Луна

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

6. Отделение от Земли

Джордж Дарвин (сын знаменитого Чарльза Дарвина) выдвигал гипотезу о том, что из-за высокой скорости вращения, от Земли мог оторваться кусок, из которого и образовалась Луна. По мнению ученых того времени, пространство, ныне заполняемое Тихим океаном, и есть то самое место, из которого центробежной силой и был вырван материал для будущего спутника. Как и в случае гипотезы совместного формирования, напрашивается вопрос о том, почему же там различается состав Земли и Луны.

Откуда взялась Луна? Основные теории происхождения

Откуда взялась Луна? Основные теории происхождения

Мы уже привыкли к нашему единственному естественному спутнику, который неустанно облетает нашу планету каждые 28 дней. Луна доминирует в нашем ночном небе, с древних времён она затрагивала у людей самые поэтические струны души. Хотя за последние несколько десятилетий предложены новые понимания многих лунных тайн, большое количество нерешённых вопросов всё ещё окружают наш единственный естественный спутник.

По сравнению с другими планетами нашей солнечной системы и путь орбиты, и размер нашей Луны являются довольно значительными аномалиями. Другие планеты, конечно, тоже имеют спутники. Но у планет со слабым гравитационным воздействием, как например, Меркурий, Венера и Плутон, их нет. Луна составляет одну четверть размера Земли. Сравните это с огромным Юпитером или Сатурном, у которых несколько сравнительно небольших спутников (луна Юпитера составляет 1/80 его размера), и наша Луна, кажется, довольно редкое космическое явление.

Ещё одна интересная деталь: расстояние от Луны до Земли достаточно небольшое, и по видимым размерам Луна равна нашему Солнцу. Это любопытное совпадение наиболее очевидно во время полных солнечных затмений, когда Луна полностью закрывает нашу ближайшую звезду.

Наконец, почти идеальная круговая орбита Луны, отличается от орбит других спутников, которые имеют тенденцию к эллиптической форме.

Гравитационный центр Луны почти на 1 800 м ближе к Земле, чем её геометрический центр. При таких значительных расхождениях учёные до сих пор не могут объяснить, как Луна умудряется сохранить свою почти идеально круговую орбиту.

Гравитационное притяжение на Луне не является однородным. Экипаж на борту Apollo VIII при пролёте около лунного океана, заметил, что гравитация Луны имеет резкие аномалии. В некоторых местах гравитация, кажется, таинственным образом усиливается.

Проблема происхождения Луны обсуждается в научной литературе уже более ста лет. Ее решение имеет большое значение для понимания ранней истории Земли, механизмов формирования Солнечной системы, происхождения жизни.

Первое логическое объяснение происхождения Луны было выдвинуто в XIX в. Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, автора теории естественного отбора, был известным и авторитетным астрономом, который тщательно изучал Луну и в 1878 г. выступил с так называемой теорией разделения. По всей видимости, Джордж Дарвин был первым астрономом, установившим, что Луна отдаляется от Земли. На основе скорости расхождения двух небесных тел Дж. Дарвин предположил, что когда-то Земля и Луна составляли единое целое. В далеком прошлом эта расплавленная вязкая сфера очень быстро вращалась вокруг своей оси, совершая один полный оборот примерно за пять с половиной часов.

Дарвин предположил, что в дальнейшем приливное воздействие Солнца стало причиной так называемого разделения: кусок расплавленной Земли размером с Луну отделился от главной массы и в конце концов занял свое положение на орбите. Эта теория выглядела вполне разумно и стала главенствующей в начале XX в. Она подверглась серьезной атаке лишь в 1920-х, когда британский астроном Гарольд Джеффрис показал, что вязкость Земли в полурасплавленном состоянии препятствовала бы возникновению достаточно мощной вибрации, которая могла привести к разделению двух небесных тел.

Вторая теория, некогда убедившая ряд специалистов, называлась аккреционной теорией. Она гласила, что вокруг уже сформировавшейся Земли постепенно аккумулировался диск из плотных частиц, напоминающий кольца Сатурна. Предполагалось, что частицы этого диска в конечном счете объединились и образовали Луну.

Существует несколько причин, в силу которых такое объяснение не может быть удовлетворительным. Одной из главных является угловой момент движения системы Земля — Луна, который никогда не стал бы таким, как он есть, если бы Луна образовалась из аккреционного диска. Существуют также затруднения, связанные с образованием океанов расплавленной магмы на «новорожденной» Луне.

Третья теория о происхождении Луны появилась примерно в то время, когда были запущены первые лунные зонды; она получила название теории целостного захвата. Предполагалось, что Луна возникла вдалеке от Земли и стала блуждающим небесным телом, которое попросту было захвачено земным тяготением и вышло на орбиту вокруг Земли.

Теперь эта теория тоже вышла из моды по нескольким причинам. Соотношение изотопов кислорода в горных породах на Земле и на Луне убедительно доказывает, что они возникли на одном расстоянии от Солнца, чего не могло быть в том случае, если бы Луна сформировалась в другом месте. Существуют также непреодолимые трудности в попытке построения модели, в соответствии с которой небесное тело размером с Луну могло бы выйти на стационарную орбиту вокруг Земли. Такой огромный объект не мог аккуратно «подплыть» к Земле на малой скорости, словно супертанкер, швартующийся к пристани; он почти неизбежно должен был врезаться в Землю на большой скорости или пролететь рядом с ней и устремиться дальше.

Читайте так же:
Как построить дом в Москве за 300 тыс.рублей. Часть 2.

К середине 1970-х все предыдущие теории формирования Луны по той или иной причине столкнулись с трудностями. Это привело к созданию практически немыслимой ситуации, когда прославленные эксперты могли публично признать, что они просто не знают, как или почему Луна оказалась на своем месте.

Из этой неопределенности родилась новая теория, которая в настоящее время считается общепринятой, несмотря на некоторые серьезные вопросы. Она известна как теория «большого столкновения».

Идея возникла в Советском Союзе в 60-х гг. у русского ученого B.C. Савронова, который рассматривал возможность возникновения планет из миллионов астероидов разного размера, называемых планетзималями.

В ходе независимого исследования Хартманн вместе со своим коллегой Д.Р. Дэвисом предположил, что Луна образовалась в результате столкновения двух планетных тел, одним из которых была Земля, а другим — блуждающая планета, размером не уступавшая Марсу. Хартманн и Дэвис полагали, что две планеты столкнулись специфическим образом, в результате чего произошли выбросы вещества из мантии обоих небесных тел. Это вещество было выброшено на орбиту, где постепенно объединилось и уплотнилось для формирования Луны.

Новая информация, полученная путём детального изучения образцов с Луны, почти подтвердила теорию столкновения: 4,57 миллиарда лет назад протопланета Земля (Гея) столкнулась с протопланетой Тейя. 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 стала 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.

В двух новых исследованиях, опубликованных в свежем выпуске журнала Nature, ученые приводят свидетельства того, что химическое сходство Земли и Луны обусловлено основательным смешиванием вещества, образованного при столкновении Земли с другой планетой.

Авторы исследований изучили содержание изотопов вольфрама-182 на Земле и ее естественном спутнике. Анализ показал, что в лунных породах изотопов на 27 частей на миллион больше, чем на Земле.

Таким образом, сторонники основной теории происхождения земного спутника получили новые подтверждения своей правоты и причём довольно весомые. Но, немецкие учёные утверждают, что другие теории нельзя просто так списывать со счетов, поскольку новые данные, хотя и серьёзно подтверждают основную теорию, но всё же не на сто процентов. Поэтому пока ещё есть возможность выбрать для себя наиболее близкую теорию из всех существующих, или даже придумать новую!

Концепция происхождения Луны

Несмотря на то, что спутник Земли – Луна, является ближайшим к нам небесным телом, до сих пор ученые не смогли найти однозначное объяснение ее происхождения. Предполагалось, что ответ на этот вопрос будет найден в результате полетов «Аполлона», однако в результате все три существующие теории были подвергнуты сомнению. В настоящее время существует пять основных гипотез возникновения Луны.

Теория гигантского столкновения

Основной версией происхождения Луны на сегодняшний день считается теория гигантского столкновения. По мнению ученых, Луна возникла после того, как примерно 4,4 миллиарда лет назад молодая Земля столкнулась с другой планетой. Данное гипотетическое небесное тело назвали Тейя.

Считается, что формирование Тейи произошло в точке Лагранжа L4 системы Солнце – Земля, и располагалась на одной с Землей орбите. Постоянно две протопланеты разделялись определенным расстоянием. Но это продолжалось до того момента, пока масса Тейи не оказалась слишком большой. Как только масса увеличилась, она начала по узкой синусоиде приближаться к Земле, и произошло столкновение. Удар прошелся по касательной, и Земля буквально была вывернута наизнанку. Часть материи вырвалась на орбиту. Постепенно из этой материи образовался спутник Земли.

Когда на Земле появилось достаточное количество воды и тверди, Луна стала вызывать на Земле отливы и приливы. Вода, наполненная химическими веществами, каждый раз накрывала пустые прибрежные территории и отступала. Солнце нагревало влажную Землю. Со временем на этом месте могли появиться нуклеотиды, а позже и первая самореплицирующаяся РНК.

Гипотеза гигантского столкновения – мегаимпакта – хорошо объясняет высокий момент импульса в системе Земля-Луна. Другими словами, объясняет большое количество вращательного движения, так как удар очень сильно раскрутил нашу планету. В этом случае хорошо объясняется и низкий наклон орбиты Луны.

Кроме этого, становится ясно, почему химический состав лунной коры напоминает по составу земную мантию и объясняется, почему ядро Луны такое маленькое.

Однако, в данной теории есть и слабые места. Например, теория гигантского столкновения не способна дать объяснение тому, почему в лунном грунте присутствуют изотопы различных элементов, которые в случае, если гигантское столкновение было, должны были испариться.

Готовые работы на аналогичную тему

Теория совместного формирования

Теория о том, что формирование Земли и Луны происходило из общего пылевого облака, существовало в советской науке и существует в современной российской науке. Согласно этой теории, зародыш планеты не смог притянуть к себе все частицы, которые находились в зоне его досягаемости, и эти частицы остались на орбите. Вследствие этого поблизости от новорожденной Земли сформировался спутник, который состоит из той же материи, из какой состоит и планета.

Теория совместного формирования известная достаточно давно, и входит в «Большую тройку» теорий происхождения Луны. Эти три гипотезы являлись основными вплоть до полетов «Аполлона». Эта теория, в отличие от двух других гипотез, актуальна и в современной науке. Теория совместного формирования способна объяснить те моменты, на которые у других теорий нет ответа. Например, эта теория дает объяснение идентичности лунной коры и земной мантии по соотношению стабильных изотопов кислорода. Однако, если бы формирование Луны происходило бы вместе с Землей, лунное ядро не было бы таким маленьким. Также недостатком этой теории является отсутствие ответа на вопрос о большом моменте импульса между Землей и Луной. Также эта теория не объясняет наклон лунной орбиты.

Читайте так же:
Водопад кровавого цвета в Антарктиде

Гипотеза центробежного отделения

Эта гипотеза является одной из самих первых значительных научных попыток объяснения возникновения Луны. Данная гипотеза входит в состав «большой тройки». Теория центробежного отделения была предложена в 1878 году Джоржом Дарвином, сыном Чарльза Дарвина.

Дж. Дарвин предположил, что Земля в ранние годы своего существования вращалась настолько быстро, что часть материи под действием центробежной силы отделилась от нее в области экватора и попала на орбиту, где затем образовалась Луна. На том месте, где произошел отрыв, на Земле образовалась гигантская полость, которая затем стала бассейном Тихого океана.

Современные факты подтверждают, что Земля в ранние годы своего существования вращалась гораздо быстрее, чем сегодня. Однако, чтобы сбросить такой большой кусок мантии, Земле нужно было совершить полный оборот вокруг своей оси всего за 3 часа, что слишком быстро для нее. Помимо этого, по данным геологических исследований, образование бассейна Тихого океана произошло около 70 миллионов лет назад, что слишком поздно для возникновения Луны.

Теория захвата Луны Землей

Данная гипотеза также входила в состав «Большой тройки». Согласно теории захвата Луна когда-то была самостоятельной планетой. Вследствие определенных гравитационных потрясений орбита спутника Земли приняла форму эллипса и пересеклась с орбитой Земли. Сила притяжения Земли захватила Луну, в результате она перестала быть самостоятельной.

Солнечная система на ранних этапах своего существования на самом деле переживала гравитационные бури. Формирование Юпитера и его орбитальный резонанс с Сатурном вызвало настолько сильное возмущение, что могло помешать формированию еще одной планеты, располагавшейся на месте астероидного пояса. Но даже в случае, если такие силы могли оказать влияние на молодую планету Луну, существует очень маленькая вероятность того, что приливные силы на орбите Земли не разорвали бы ее, или ее не притянуло либо не отбросило гравитацией.

Теория захвата дает объяснение высокого момента импульса, но ответа на вопрос о сходстве по составу земного и лунного грунта она дать не может.

Теория испарения вещества

Теория, согласно которой Луна является конденсатом, возникла в 1970-е годы. По мнению ученых, Земля из-за постоянных столкновений сильно разогрелась, и большое количество различных веществ с ее поверхности испарилось в пространство. Солнечный ветер сдул летучие элементы, а оставшиеся тяжелые частицы образовали Луну.

Эта теория объясняет сходство состава лунной и земной коры. Однако объяснить наклон орбиты и высокий момент импульса она не может. К тому же, современные исследования свидетельствуют о том, что Земля не разогревалась настолько, чтобы целиком расплавиться.

Альтернативные теории: как появилась Луна?

13 декабря 1972 года астронавт «Аполлона-17» Гариссон Шмитт подошел к валуну в море Спокойствия на Луне. «У этого валуна есть своя маленькая дорожка, ведущая прямо к холму», сообщил он своему командиру Юджину Сернану, отметив, где был валун перед тем, как скатиться вниз по склону. Сернан взял несколько проб.

Представляете себе такую Луну?

«Представь, что было бы, если бы ты стоял там до того, как скатился этот валун», задумчиво сказал Сернан. «Пожалуй, лучше не буду», ответил Шмитт.

Космонавты вырезали кусочки луны из валуна. Затем, используя грабли, Шмитт соскоблил пыльную поверхность и поднял камешек, который позже назовут «троктолит 76536».

Тот камень и его братья-валуны должны были рассказать историю о том, как появилась наша луна. В этой истории создания, записанной в бесчисленных учебниках и научно-музейных экспонатах за последние сорок лет, Луна была выплавлена из катастрофического столкновения между зародышевой Землей и твердым миром размером с Марс. Другой мир назывался Тейя, в честь греческой богини, которая дала жизнь Селене, луне. Тейя так сильно врезалась в Землю, что оба мира расплавились. Выброшенные Тейей потоки расплавленного материала потом остыли и затвердели, сформировав серебристого компаньона, которого мы все хорошо знаем.

На Луне можно много чего найти.

Но современные измерения троктолита 76536 и других пород с Луны и Марса подвергли сомнению эту теорию. За последние пять лет множество исследований выявили проблему: каноническая гипотеза гигантского столкновения основана на предположениях, которые не соответствуют доказательствам. Если Тейя ударила Землю, а позже сформировала Луну, Луна должна состоять из материала Тейи. Но Луна не похожа на Тейю — или на Марс, раз уж на то пошло. До самых атомов она выглядит почти так же, как Земля.

Столкнувшись с этим несоответствием, лунные исследователи искали новые идеи, чтобы понять, как появилась луна. Самым очевидным решением может быть самое простое, но оно рождает другие проблемы с пониманием юной Солнечной системы: возможно, Тейя сформировала Луну, но при этом Тейя также состояла из вещества, которое практически идентично земному. Другой вариант — процесс столкновения смешал всё, гомогенизируя отдельные кусочки и жидкости в пироге, который затем разрезали на порции. В таком случае столкновение должно было быть чрезвычайно мощным, либо их должно было быть несколько. Третье объяснение ставит под сомнение наше понимание планет. Может быть так, что Земля и Луна, которые у нас есть сегодня, прошли через странные метаморфозы и дикие орбитальные танцы, которые радикально изменили их вращение и будущее.

Как появилась Луна

Чтобы понять, что могло произойти в самый важный для Земли день, нужно начать с понимания юности Солнечной системы. Четыре с половиной миллиарда лет назад Солнце было окружено горячим облаком обломков в форме пончика. Звездные элементы вращались вокруг нашего новорожденного солнца, остывая и — на протяжении многих лет — сливаясь воедино в процессе, который мы до конца не понимаем. Сперва в сгустки, затем в планетезимали, затем в планеты. Эти твердые тела жестко и часто сталкивались, испарялись и появлялись заново. Именно в этом невероятно жестком звездном бильярде были выкованы Земля и Луна.

Читайте так же:
Почему нельзя пользоваться телефоном в самолете? Причины, фото и видео

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

Чтобы получить такую Луну, которая у нас есть сегодня, с ее размером, вращением и скоростью, с которой она отходит от Земли, наши лучшие компьютерные модели говорят, что с чем бы ни столкнулась Земля, это что-то должно быть размером с Марс. Что-то больше или меньше уже произвело бы систему с гораздо большим угловым моментом, чем мы наблюдаем. Снаряд побольше также выбросил бы слишком много железа на орбиту Земли и произвел бы гораздо более богатую железом Луну, чем мы наблюдаем.

Первые геохимические исследования троктолита 76536 и других пород подкрепили эту историю. Они показали, что лунные породы должны были родиться в лунном океане магмы, которые могли, в свою очередь, появиться вследствие гигантского столкновения. Троктолит плавал в расплавленном море как айсберг в Антарктиде. Исходя из этих физических ограничений, ученые решили, что Луна была сделана из останков Тейи. Но есть проблема.

Вернемся к юной Солнечной системе. По мере того, как твердые миры сталкивались и испарялись, их содержимое смешивалось, в конечном итоге оседая в отдельных регионах. Ближе к Солнцу, где было жарче, более легкие элементы были более склонны нагреваться и убегать, оставляя избыток тяжелых изотопов (вариаций элементов с лишними нейтронами). Дальше от Солнца породы имели возможность удерживать больше воды и оставались более легкие изотопы. Поэтому ученый может исследовать смесь изотопов, чтобы определить, в какой части Солнечной системы она появилась, подобно тому, как акцент выдает родину человека.

Эти различия так сильно выражены, что их используют для классификации планет и типов метеоритов. Марс так сильно отличается от Земли, например, что его метеориты можно идентифицировать путем простого измерения соотношения трех разных изотопов кислорода.

В 2001 году, используя передовые методы масс-спектрометрии, швейцарские ученые снова изучили троктолит 76536 и другие лунные образцы. Выяснилось, что их изотопы кислорода неотличимы от тех, что на Земле. Геохимики с тех пор изучили титан, вольфрам, хром, рубидий, калий и другие не совсем заурядные металлы на Земле — и все они выглядели практически одинаково.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Это плохая новость для Тейи. Если Марс так сильно отличается от Земли, Тейя — а значит, и Луна — должны тоже отличаться. Если же они одинаковы, это значит, что луна должна была сформироваться из расплавленных кусочков Земли. Породы, собранные «Аполлоном», выходит, будут прямо противоречить тому, на чем настаивает физика.

«Каноническая модель переживает серьезный кризис», говорит Сара Стюарт, планетолог Калифорнийского университета в Дэвисе. «Она еще не убита окончательно, но ее нынешний статус заключается в том, что она не работает».

Луна из пара

Стюарт пыталась переосмыслить физические ограничения этой проблемы — необходимость в ударном теле определенного размера, которое движется с определенной скоростью, — на фоне новых геохимических доказательств. В 2012 году она и Матия Жук, ныне работающая в Институте SETI, предложили новую физическую модель формирования Луны. Они заявили, что юная Земля была вращающимся дервишем, день которого длился два-три часа, когда в нее ударила Тейя. Столкновение произвело диск вокруг Земли — как кольцо Сатурна — но тот продержался всего 24 часа. В конечном итоге диск остыл и затвердел, сформировав Луну.

Матия Жук и Сара Стюарт

Суперкомпьютеры недостаточно мощны, чтобы полностью смоделировать этот процесс, но они показали, что снаряд, врезающийся в такой стремительно вращающийся мир, может срезать достаточное количество Земли, полностью уничтожить Тейю и соскрести достаточно шкурки с обеих, чтобы создать Луну и Землю с одинаковыми изотопными соотношениями. Как гончар на гончарном круге.

Чтобы объяснение с быстро вращающейся Землей было верным, однако, должно быть что-то еще, замедлившее скорость вращения планеты до нынешнего состояния. В своей работе 2012 года Стюарт и Чук утверждали, что при определенных орбитально-резонансных взаимодействиях Земля должна была передать угловой момент солнцу. Позже Джек Уисдом из Массачусетского технологического института предложил несколько альтернативных сценариев по извлечению углового момента из системы Земля-Луна.

Однако ни одно из объяснений не было удовлетворительным. Модели 2012 года так и не могли объяснить орбиту Луны или ее химию, говорит Стюарт. И вот, в прошлом году, Саймон Лок, выпускник Гарвардского университета и студент Стюарта в то время, представил обновленную модель, которая предложила ранее не предлагавшуюся планетарную структуру.

По его мнению, каждый кусочек Земли и Тейи испарился и сформировал раздутое, распухшее облако в виде толстого бублика. Облако вращалось так быстро, что достигло точки под названием предел совместного вращения. На этом внешнем краю облака испарившаяся порода кружила так быстро, что облако приняло новую структуру, с толстым диском, обходящим внутренний регион. Что важно, диск не был отделен от центральной области так, как отделены кольца Сатурна.

Условия в этой структуре неописуемо адские; нет никакой поверхности, вместо нее облака расплавленной породы, причем каждая область облака образует капли дождя из расплавленной породы. Луны выросла внутри этого пара, говорит Лок, прежде чем пар окончательно остыл и оставил после себя систему Земля — Луна.

Читайте так же:
Превратить руки в оптические иллюзии

Учитывая необычные характеристики структуры, Лок и Стюарт посчитали, что она заслуживает нового названия. Они опробовали несколько версий, прежде чем прийти к «синестии», в которой используется греческий префикс «син», означающий «вместе», и богиня Гестия, которая представляет дом, очаг и архитектуру. Это слово означает «связанную структуру», говорит Стюарт.

«Эти тела не то, что вы думаете. И выглядят они не так, как вы думали они будут выглядеть».

В мае Лок и Стюарт опубликовали работу о физике синестий; их работа на тему синестии лунного происхождения все еще находится на рассмотрении. Они представили ее на конференции планетологов и сказали, что их коллеги были заинтересованы, но вряд ли согласны с идеей. Возможно, потому что синестия остается просто идее; в отличие от окольцованных планет, которых много в Солнечной системе, и протопланетарных дисков, которых много во Вселенной, никто никогда ни одной не видел.

Может так можно объяснить происхождение Луны?

Но это интересный способ объяснить особенности нашей Луны, когда наши модели, похоже, не работают.

Десять лун

Среди естественных спутников Солнечной системы, земная Луна может быть самым удивительным из-за своего одиночества. У Меркурия и Венеры естественных спутников нет, отчасти из-за их близости к солнцу, гравитационное воздействие которого делает орбиты спутников нестабильными. У Марса есть крошечные Фобос и Деймос, которые некоторые считают захваченными астероидами; другие говорят в пользу падений крупных тел на Марс. У газовых гигантов есть множество спутников, как твердых, так и мягких.

В отличие от этих спутников, спутник Земли также выделяется своими размерами и физической нагрузкой, которую несет. Луна составляет менее 1% Земли по массе, а общая масса спутников внешних планет — менее 1/10 процента их родителей. Что еще более важно, на Луну приходится 80% углового момента системы Земля — Луна. Иными словами, Луна отвечает за 80% движения системы в целом. Для внешних планет это значение меньше 1%.

Возможно, Луна не всегда тащила всю эту ношу. Лицо спутника демонстрирует свидетельства тяжелой бомбардировки; почему же тогда мы должны полагать, что лишь один удар вылепил Луну из Земли? Возможно, Луна сформировалась в процессе множества столкновений, считает Ралука Руфу, планетолог НИИ Вайцмана в Израиле.

В работе, опубликованной прошлой зимой, она утверждала, что спутник Земли может быть не изначальным. Вместо этого он стал собранием тысяч кусков — по меньшей мере десяти, исходя из ее расчетов. Снаряды прилетали под разным углом и с разной скоростью на Землю и формировали диски, которые сливались в «обломки лун», в конечном итоге слепив ту Луну, которую мы знаем сегодня.

Планетологи отметили ее работу. Робин Кануп, лунолог Юго-Западного научно-исследовательского института и специалист по теориям лунного образования, говорит, что теория достойна рассмотрения. Однако необходимы дополнительные исследования. Руфу не уверена, двигались ли эти обломки в одном направлении, подобно тому, как Луна постоянно смотрит в одном направлении. Если да, то как они вообще могли слиться? Это предстоит выяснить.

Между тем, другие обратились к другому объяснению сходства Земли и Луны, которое могло бы иметь очень простой ответ. От синестий до лунных поясов, новые физических модели — и новая физика — могут быть спорными. Возможно, Луна похожа на Землю лишь потому, что и Тейя была похожа.

Другие земные объекты

Луна — не единственная «земная» вещица в Солнечной системе. Породы вроде троктолита 76536 имеют такое же соотношение изотопов кислорода, что и земные породы, а также группы астероидов — энстатитовых хондритов. Состав изотопов кислорода у этих астероидов схож с земным, говорит Мириам Телус, космохимик, изучающий метеориты в Институте Карнеги в Вашингтоне. «Один из аргументов состоит в том, что они сформировались в горячих областях диска, которые могли быть ближе к солнцу», говорит она. Возможно, они сформировались рядом с Землей.

Некоторые из этих пород собрались, чтобы сформировать Землю; другие сформировали Тейю. Энстатитовые хондриты — это остаточные камни, которые никогда не собирались и не становились достаточно большими, чтобы образовывать мантии, ядра и полностью сформированные планеты.

Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.

В январе Николас Дауфас, геофизик Чикагского университета, заявил, что большинство камней, которые стали Землей, были метеоритами энстатитового типа. Он утверждал, что все, что сформировалось в одном регионе, будет собираться из них. Планетарное строительство проходило с использованием одних и тех же замешанных материалов, которые мы сейчас находим на Земле и Луне; они выглядят одинаково, потому что являются одним и тем же. Гигантское тело, которое сформировало Луну, вероятно, имело изотопный состав, схожий с земным.

Дэвид Стивенсон, планетолог из Калифорнийского технологического института, изучающий происхождение Луны с тех пор, как гипотеза Тейи была впервые представлена в 1974 году, говорит, что считает эту работу самым важным вкладом в спор за последний год. Потому что она посвящена проблеме, которую геохимики пытаются решить десятилетиями.

«Это умная история о том, как нужно рассматривать различные элементы, попадающие на Землю», говорит Стивенсон.

На Землю чего только не попадает.

Но не все согласны. Остаются вопросы об изотопном соотношении элементов вроде вольфрама, отмечает Стюарт. Вольфрам-182 является производным от гафния-182, поэтому отношение вольфрама к гафнию работает как часы, определяя возраст конкретной породы. Если у одной породы больше вольфрама-182, чем у другой, можно смело заявлять, что богатая вольфрамом порода сформировалась раньше. Но самые точные измерения показывают, что соотношения вольфрама к гафнию у Земли и Луны одинаковы. Два тела должны были находиться в особых условиях, чтобы так получилось.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию