Тайна формирования Луны, наконец, разгадана?
Исследователи утверждают, что нашли свежие доказательства того, что наш спутник Луна была образована, когда объект, размером с Марс, столкнулся с Землей на ранних стадиях ее существования.
Анализ лунной породы, которая была доставлена миссией «Аполлон», показал, что в них содержатся более тяжелые формы цинка, а это является признаком столкновения, которое имело место миллиарды лет назад.
Без Луны, вероятно, на Земле не было бы жизни, потому что когда-то давно Луна вращалась вокруг нашей планеты куда ближе от ее поверхности, чем сегодня, что вызывало сильные приливы и отливы каждые несколько часов. Эти приливы и отливы вызвали серьезные колебания в содержании солей у линий побережья, что и толкнуло на эволюцию примитивные биомолекулы, похожие на ДНК.
Исследователь планет из Вашингтонского Университета в Сент-Луисе доктор Фредерик Мойнир (Frederic Moynier) считает, что содержание цинка, вероятно, поднялось, потому что более тяжелые атомы конденсируются из облака выпаренных пород быстрее, чем более легкие атомы.
Он проанализировал 20 образцов лунных пород, включая тот, что был доставлен космическим кораблем «Аполлон» в ходе программ под номерами 11, 12, 15 и 17. Все эти миссии были направлены в разные части спутника и на один из лунных метеоритов.
Доктор Мойнир сказал: «Мы хотели найти базальты, так как они являются материалом внутренней части Луны и могут многое рассказать о ее составе». Ученые стали искать разделение изотопов в лунных породах еще с тех пор, как на Землю был доставлен первый образец в 1970-х.
По сравнению с земными и марсианскими породами, лунные породы имеют меньшую концентрацию цинка, однако они богаты тяжелыми изотопами цинка. Величина разделения цинка на изотопы в лунной породе в 10 раз превышает то, что можно наблюдать в земных и марсианских породах, а это огромная разница, говорят ученые.
Земля и Марс имеют такой же состав изотопов, как хондритовые метеориты, которые, по мнению ученых, представляют оригинальный состав облака газа и пыли, из которого была сформирована Солнечная система.
Данные по изотопам цинка поддерживают теорию о мощном столкновении, в результате которого сформировалась система Земля-Луна. «Это исследование позволяет лучше понять происхождение нашей планеты, так как происхождение Луны является важной частью происхождения Земли», — сказал Мойнир.
Без стабильного влияния Луны Земля, скорее всего, была бы совершенно не тем миром, который мы видим сегодня. Ученые полагают, что Земля вращалась бы быстрее, дни были бы короче, погодные условия были бы более суровыми, а климат более хаотичным и экстремальным. Это был бы совсем негостеприимный мир, не пригодный для эволюции человека.
Теория гигантского столкновения
Согласно теории гигантского столкновения, предложенной на конференции в 1975 году, спутник Земли Луна образовалась в результате столкновения между молодой Землей и небесным телом под названием Тея (в греческой мифологии — мать Луны Селена).
Это столкновение было настолько мощным, что нам сложно его представить. Астероид, который убил динозавров, был размером с Манхэттен, когда как Тея, по некоторым предположениям, была размером с Марс.
Эта катастрофа вызвала такой всплеск энергии, что расплавила и выпарила Тею, а также часть мантии Земли. Луна образовалась из облака испаренной породы, часть которой осела на Землю.
Была ли Луна частью Земли?
Новая теория, которая была выдвинута учеными из Гарварда, которые провели отдельное исследование, предполагает, что Луна когда-то была частью Земли и откололась от нее в результате столкновения с другим объектом.
В своей работе, которая недавно появилась в журнале Science Сара Стюард и Матья Кук описали свои предположения и объяснили, почему Земля и Луна имеют похожую композицию и химический состав.
К моменту формирования Луны Земля вращалась быстрее, чем сегодня, а день длился всего лишь 2-3 часа. В тот момент, когда Земля крутилась с такой большой скоростью, во время столкновения от нее вполне мог отколоться достаточно большой кусок, из которого могла сформироваться Луна.
Согласно новой теории, позже Земля достигла современной скорости вращения из-за гравитационной взаимосвязи между ее орбитой вокруг Солнца и орбитой Луны вокруг Земли.
Исследователи отметили, что их теория идет в разрез с текущей лидирующей идей о том, что Луна сформировалась из материала того самого гигантского объекта, который врезался в Землю.
Источник
Земля занебесная
Зачем мы продолжаем изучать лунный грунт
Прошлой ночью Китай запустил к Луне автоматическую станцию «Чанъэ-5» с возвращаемым модулем на борту. Планируется, что станция соберет на Луне около двух килограммов грунта и уже в декабре отправит их обратно. Последний раз лунную породу на Землю доставила советская миссия «Луна-24» в 1976 году, а экипаж последнего в истории «Аполлона» увез с собой несколько мешков с образцами — больше ста килограммов. Рассказываем, чем нас интересовало лунное вещество в разные годы и что нам от него нужно на этом витке освоения космоса.
Долгое время ученые плохо представляли, на что похожа поверхность Луны. Если вы посмотрите на нее в бинокль или даже просто невооруженным глазом, то увидите, что она неоднородна. Часть диска будет неровной и светлой, а часть более гладкой и темной, чем-то напоминающей земные моря. Несколько столетий назад так думали и астрономы, и всерьез предполагали, что на Луне есть не только материки и океаны, но и, возможно, живые организмы.
Жители Луны на литографии XIX века, одна из иллюстраций к «Большому лунному надувательству» — серии сенсационных (и полностью выдуманных) очерков в газете «Sun», посвященных открытию цивилизации на Луне
В ответ на орбитальный полет Гагарина президент США Джон Кеннеди убедил Конгресс и пообещал американцам высадить к концу десятилетия человека на Луну. СССР развивал собственную программу, конечной целью которой также была экспедиция космонавтов на поверхность Луны в 1969-1970 году. На этом этапе более точные сведения о свойствах лунного грунта получили конкретную прагматическую ценность — чтобы успешно посадить аппарат на Луну, надо было знать, на что именно он будет садиться. Собирали их исследователи — как советские, так и американские — с помощью роботизированных аппаратов.
1964 год. Первый снимок Луны, сделанный американским аппаратом «Рейнджер-7»
1959 год. Снимок обратной стороны Луны, сделанный советским аппаратом «Луна-3»
В феврале 1966 года автоматическая межпланетная станция «Луна-9» совершила первую в мире успешную мягкую посадку на спутник Земли. Когда ученые планировали первые миссии на Луну, они всерьез опасались, что лунный грунт будет слишком легким и рыхлым, чтобы выдержать вес посадочного аппарата, и последний завязнет в нем. К великому облегчению ученых, поверхность оказалась достаточно твердой. А фотографии показали, что Луна покрыта среднего размера скалами, присыпанными порошкообразной пылью. Это позволило подтвердить «метеорно-шлаковую» теорию строения наружного покрова Луны, которая объясняла образование реголита дроблением, частичным расплавлением и спеканием лунных пород.
Фрагмент панорамного снимка, сделанного с борта «Луны-9»
Фрагмент панорамного снимка, сделанного с борта «Луны-9»
Фрагмент панорамного снимка, сделанного с борта «Луны-9»
1968 год. Поверхность Луны на снимке Surveyor 7
Первый контакт с лунным грунтом совершил фотограф Терри Слезак, разбирая «багаж» астронавтов. Армстронг уронил на поверхность Луны коробку с кинопленкой, к ней прилипло немного лунной пыли — и в ней-то и испачкал свою руку Слезак
На что похож лунный грунт
Британская поговорка гласит, что Луна сделана из сыра, но это, конечно же, не так. На самом деле она состоит из каменистых пород, обломков и пыли. Ее верхний слой покрыт реголитом — рыхлым обломочно-пылевым материалом, толщина которого достигает нескольких десятков метров. Частицы реголита в среднем имеют размер от 60 до 80 микрометров — это пылинки толщиной с человеческий волос. Их цвет меняется от темно-серого до черного, с включениями крупных частиц с зеркальным блеском.
Один из образцов лунного реголита, собранный экипажем «Аполлона-11»
- обломков изверженных пород,
- минералов,
- стекла,
- брекчий ударно-взрывного происхождения,
- уникальных для Луны агглютинатов, кластеров расплавленных частиц.
Частицы зерен на поверхности также можно разделить по происхождению на две группы: принадлежащие реголиту и принадлежащие коренной подстилающей породе.
Данные программы «Аполлон» показали, что лунные моря — это древние вулканические породы, базальты, кристаллизовавшиеся более 3,6 миллиардов лет назад. Более светлые «материки» преимущественно состоят из анортозитов и их разновидностей. Для реголита обоих типов характерно присутствие частиц металлического железа, а еще он очень сухой по сравнению с земным грунтом.
На зернах грунта отсутствует оксидная пленка, и из-за этого они сильно слипаются и электризуются. Кроме того, реголит хорошо поднимается вверх от ударных воздействий. К слову, это доставило немало неудобств астронавтам, поскольку зерна постоянно приставали к скафандрам. Счистить их было трудно, а шлюзовой камеры, где можно было бы оставить одежду, в спускаемых модулях «Аполлона» не было. В итоге пыль попадала внутрь корабля и экипажу приходилось работать в грязи. Как вспоминают участники лунных миссий, реголит пах порохом и гарью, от него слезились глаза и першило в горле.
Ткань скафандра с попавшими на нее частицами лунной пыли
Meteoriten-Deutschlands / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0
Лунные истории
До того, как экипаж «Аполлона-11» привез на Землю первые сумки с лунным реголитом, некоторые ученые думали, что наш спутник всегда был холодным — то есть его недра никогда не разогревались до таких температур, чтобы породы внутри начали плавиться. Если бы эта гипотеза была верна, грунт должен был бы напоминать хондритовые метеориты — примитивные объекты, которые, как считается сегодня, образовались на ранних этапах существования Солнечной системы непосредственно из протопланетного облака. Сторонники теории «холодной Луны» также предсказывали, что лунные моря представляют собой однородные затвердевшие остатки расплавленной породы, которые образовались после падения метеоритов и астероидов.
Тем не менее, первые же исследования показали, что у Луны все же было «горячее» прошлое. В собранных астронавтами «Аполлона-11» образцах были светлые частицы, богатые полевым шпатом плагиоклаз. В среднем, они состояли из него на три четверти (а некоторые чуть ли не полностью), что стало большой неожиданностью для ученых, поскольку плагиоклазы образуются при кристаллизации магмы.
Микрофотография среза лунного базальта в поляризованном свете. Синие кристаллы — оливин, длинные серые — плагиоклазы, рыжие — пироксин, большинство темных зерен — ильменит.
G. Jeffrey Taylor
Армаколит — один из трех минералов, который сначала идентифицировали в пробах лунного грунта, и лишь затем нашли на Земле.
Thomas Witzke / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0
Позднее геологи обнаружили, что земные вулканические породы и лунный грунт очень похожи по изотопному и химическому составу. А радиометрическое датирование образцов, привезенных астронавтами, показало, что их возраст достигает 4,4 миллиарда лет. На основе этого исследователи выдвинули достаточно красивую и наиболее популярную сегодня теорию. Согласно ей, Луна образовалась из земных пород, которые были выброшены на орбиту в результате столкновения с гипотетической планетой Тейей.
Иллюстрация из статьи 1982 года, описывающая столкновение Земли с Тейей на скорости 15 километров в секунду. Между «кадрами» около 6 минут
Kipp, M. E. & Melosh, H. J / Lunar and Planetary Science, 1982
Сегодня считается, что лунные вулканы прекратили активно извергаться 3,3 миллиарда лет назад. После этого внутренняя часть небесного тела остыла, и вулканическая активность стала ограничиваться очень небольшими участками. Сегодня поверхность спутника изменяется за счет внешних, а не внутренних воздействий. В основном, ее формируют падения метеоритов.
Новые вопросы
Китайская станция «Чанъэ-5» прилунится неподалеку от вулкана Пик Рюмкера. Горные породы в этом районе могут быть достаточно молодыми — по предварительным оценкам, их возраст доходит до 1,2 миллиарда лет (для сравнения, возраст привезенного «Аполлонами» грунта варьируется от 3,1 до 4,4 миллиарда лет). Это может рассказать нам о других эпохах истории Луны и Солнечной системы.
Пик Рюмкера, снимок сделан в 1971 году с борта «Аполлона-15»
Луна обладает важными ресурсами, которые можно будет добывать прямо на месте. Как мы уже говорили ранее, реголит на 40 процентов состоит из кислорода, который потенциально можно будет извлекать через термо-химические реакции и использовать для производства ракетного топлива и поддержания систем жизнеобеспечения в поселениях. Также из лунного грунта, вероятно, можно будет получать драгоценные металлы (если их найдут) и гелий-3, который сохраняется в поверхностном слое. Последний пригоден для использования в качестве источника термоядерной энергии — по некоторым расчетам, его запасов хватит населению нашей планеты на пять тысяч лет (а то и на все десять). Правда, для этого нам еще предстоит освоить технологии создания подходящих для этого реакторов.
Из реголита также можно изготавливать строительные материалы, которые способны сохранять тепло и быть источником энергии. С учетом того, что лунная ночь длится 16 земных суток, а температура на спутнике меняется от −173 до 127 градусов Цельсия, эта технология может быть критически важной. Кроме того, у Луны нет атмосферы, которая бы защищала ее поверхность от солнечного ветра и космического излучения. Поэтому сегодня предлагается покрывать жилые модули реголитом для дополнительной защиты, но насколько хорошо будет работать такое «покрывало» пока что не ясно.
Не менее важно понимать, какой ущерб лунный грунт способен нанести приборам и человеку. Абразивные зерна могут портить одежду, причинять вред здоровью космонавтов (легким, нервной системе) и затруднять работу солнечных панелей. Сегодня многие ученые склоняются к тому, что для того, чтобы лучше подготовиться к критическим ситуациям, нужны непосредственно образцы реголита. Поэтому доставка новых «порций» реголита на Землю критически важна для будущих миссий.
Источник