Гипотезы образования Луны
Научные исследования раскрыли немало фактов о ближайшем к нам космическом объекте, но на вопрос, как появилась Луна и откуда взялась около Земли, ученые не дают точного ответа. В истории исследования Луны были различные гипотезы о ее возникновении.
Гипотезы и факты
Любой, кто выдвигает гипотезу образования Луны должен учитывать не только физическим законам, но и объяснять следующие факты:
- Средняя плотность Луны уступает средней плотности Земли из-за наличия у последней большого металлического ядра.
- Помимо дефицита железа, Луна имеет весьма низкое, по сравнению с Землей, 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. Для сравнения, метеориты из разных частей Солнечной системы (в том числе и т. н. марсианские метеориты) имеют совершенно другие соотношения изотопов кислорода.
Внутреннее строение луны
- Луна имеет мощную прочную кору толщиной в 60-80 километров (в несколько раз толще земной коры), образованную из пород 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 имеют необычно высокое соотношение масс спутника и планеты, равное 1/81, в сравнении с остальными спутниками планет Солнечной системы.
- Cистема Луна-Земля обладает необычно высоким угловым моментом импульса.
- Плоскость орбиты Луны (наклон 5° к эклиптике) не совпадает с экваториальной плоскостью Земли (наклон 23,5° к эклиптике).
Рассмотрим основные гипотезы, которые существуют в настоящее время о том, как и когда появилась Луна.
Гипотеза центробежного разделения
В 1878 г. английский астроном Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, предложил теорию: ночное светило, бывшее частью Земли, впоследствии отделилось. По его версии Земля в начале существования представляла горячую жидкую массу, вращающуюся с большой скоростью.
При вращении центробежная сила так вытягивала массу в зоне экватора, что от нее оторвалась часть вещества, которая после остывания стала Протолуной. Указывалось и место такого отрыва — Тихоокеанский бассейн.
Подтверждением этой версии является идентичность плотности Луны и геосферы Земли и установленная в процессе исследований высокая скорость вращения планеты в прошлом.
Мнение 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.
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
Данная гипотеза, выдвинутая в начале 20 века, утверждает, что Луна некогда была вполне самостоятельной планетой Солнечной системы. Под влиянием соседних небесных тел она сильно отклонилась от своей орбиты и в момент наибольшего сближения была захвачена гравитацией Земли.
По причине твердости лунной поверхности считается, что это произошло недавно. Если бы спутник сформировался в одно с Землей время, в скопившемся на нем пылевом слое утонули бы исследовательские аппараты.
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
Многие в подтверждение гипотезы ссылаются на 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).
Мнение 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.
- 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.
Таким образом, современные исследования превратили гипотезу захвата в маловероятную.
Гипотеза совместного образования
Согласно этой гипотезе Земля и Луна образовались одновременно, в непосредственной близости друг от друга.
Совместное формирование нашей планеты и ее спутника – одна из первых версий о том, откуда появилась Луна. Выдвинута она была немецким философом Кантом.
Земля, как и все планеты Солнечной системы, образовалась из одного газопылевого облака после формирования Солнца. Она постепенно приращивала свою массу за счет пыли, газов и других частиц. Утверждение о совместной аккреции нашей планеты и ее спутника предполагала, что они сформировались как двойная планета, имеющая один орбитальный путь. Предшественница Земли быстрее наращивала массу, а вокруг нее появилось скопление пыли и частиц. Оно постепенно приобрело собственную орбиту и оформилось в твердое небесное тело – Луну.
Мнение за и против
Подтверждением данной гипотезы является схожесть состава Земли и ее спутника.
Но против нее говорит дефицит железа и летучих веществ в образцах лунной поверхности, разность плотности обоих тел и отношение лунной и земной орбит. Также ученые считают невозможным образование на орбите Земли большого космического объекта из-за земной гравитации. Хотя та же гравитация способна притянуть такой объект из глубин космоса.
Гипотеза испарения
Еще одной теорией естественного происхождения Луны является гипотеза, выдвинутая в 1955 г. эстонским астрономом Эрнстом Эпиком: сформировавшаяся Протоземля была окружена роем постоянно атакующих ее каменных частиц, из-за чего произошел нагрев до температуры примерно 2000ºC.
Большой объем вещества испарился назад в околоземное пространство. Летучие элементы сдул солнечный ветер, тяжелые соединились с частицами пыли и льда, вращающихся вокруг Земли, и образовали единый монолит — будущую Луну.
Мнение 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
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.
Мнение 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.
- Нет объяснения идентичности изотопно-кислородного состава Луны и Земли.
Гипотеза столкновения
Одна из наиболее современных гипотез появления Луны говорит о том, что наша ближайшая соседка – это фрагмент Земли, отделившийся от нее и приобретший собственную орбиту.
На заре своего развития наша планета могла столкнуться с массивным небесным телом – протопланетой Тейя. При этом удар пришелся по касательной, от чего фрагмент Тейи вместе с участком мантии планеты выбросило на орбиту. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения.
На данный момент эту гипотезу приняли как основную.
Мнение за и против
Гипотеза 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
В 2007 году физик Н. Горькавый предположил, 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 .
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, 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.
Искусственный спутник
Кроме теорий о естественном происхождении Луны выдвигались и невероятные гипотезы о его искусственном появлении.
Пустотелая Луна
Плотность спутника составляет 60% плотности Земли. На основании этого факта было выдвинуто предположение, что Луна может быть полой. В 1969 г. американские ученые провели эксперимент: было организовано падение зонда на поверхность Луны, и установленные сейсмодатчики зафиксировали сильное лунотрясение. При повторении такого эксперимента в следующих исследованиях спутник трясло в течение нескольких часов.
Кроме результатов этого исследования ученые заметили необъяснимое усиление гравитации спутника, что дало основания считать его пустотелым и сформированным в обратном направлении — от поверхности к центру.
Странные показатели
Ученые придерживаются версии искусственного создания Луны по причине различия масс Земли и ее спутника: Луна легче в 81 раз. Такие показатели нехарактерны для спутников других объектов Солнечной системы. У них и диаметр намного меньше лунного: крупнейший спутник Марса — Фобос — имеет диаметр не более 20 км, а наша Луна — 3474,2 км. Кроме этого, различаются и орбиты: Луна имеет почти ровную круговую орбиту, у спутников других планет Солнечной системы она эллиптическая.
Видео
Источник
Как образовалась Луна?
Почти каждую ночь, сквозь мрак и тучи, наш путь озаряет самая яркая точка на небе. Наше ночное светило, Луна. Порою, ее холодный мистический свет становится настолько ярким, что можно даже читать без фонарика. А иной раз ему приходится пробиваться сквозь плотную завесу туч. Сознание отказывается верить что это лишь отраженный солнечный свет, и поэтому Луна давно уже обросла ореолом таинственности. В полнолуние она приводит одновременно в восхищение и ужас.
Загадок, связанных с Луной много. Лучшие умы человечества исследуют история происхождения Луны, современные гипотезы раскрывают тайну ее появления на орбите Земли, непостижимой точности движения, совпадению угловых размеров Луны и Солнца во время затмения, синхронизацию приливов и отливов, совпадение лунного цикла с циклами живых организмов на Земле и так далее. В течении многих веков выдвигались самые разные теории, версии и гипотезы. И сейчас мы попробуем в них разобраться.
Но для начала вспомним то, что мы уже точно знаем про нашу космическую спутницу.
Известные факты
Расстояние до нее не является точной цифрой. Принято считать среднюю цифру в 384 тысячи километров, однако ее орбита не является точным кругом. В ближайшей точке она приближается к нам до 356 тысяч километров, а в самом дальнем участке нас разделяет расстояние в 406 тысяч км.
Кроме того плоскость эклиптики, то есть орбиты Луны, не совпадает с плоскостью вращения Земли, поэтому может сложиться впечатление, что Луна как бы «гуляет» по небу как ей вздумается. Сегодня встанет в одном участке неба, завтра в другом. Однако виноват в этом не супутник, а наклон Земной оси. Больше интересной информации — в статье “7 странных фактов о Луне”.
Версии происхождения
Сейчас Земля и ее спутница неразрывно связаны в двойную систему с общим центром масс. Однако логично предположить что было время, когда данной системы не было.
Самые первые
Одну из первых теорий выдвинул в конце 19 века Джордж Дарвин. Он решил что в начале своего существования Земля была расплавленным шаром из горячей магмы. И в результате быстрого вращения вокруг своей оси, от общей массы отделилась эдакая капля, которая не смогла далеко улететь, и осталась остывать на нашей орбите. Однако, это предположение не объясняет много других странностей, и в дальнейшем мы их обсудим.
Следующая идея является полной противоположностью предыдущей. Она состоит в том, что наша планета попросту захватила гравитацией объект, проходящий мимо нее. Этим объектом и оказалась Луна. Насколько это верно – покажет время
Одновременное появление
Например версия, что Луна и Земля образовались одновременно. Такую теорию выдвинул немецкий философ Кант. Когда-то вокруг Солнца не было никаких планет, а только один, единый протопланетный диск, состоящий из миллиардов частичек протопланетного вещества. Этот диск вращался вокруг звезды, и постепенно более плотные участки начали сжиматься и притягивать к себе более мелкие частички. Так образовались все планеты, в том числе и Земля. По версии Канта, Земля и Луна были двумя плотными участками на одной орбите и в силу стечения обстоятельств не соединились воедино, а так и продолжили движение рядом друг с другом.
Появление позднее
Четвертый сценарий образования Луны, выдвинутый эстонским астрономом Эрнстом Эпиком, звучит довольно устрашающе – на каком то этапе своего развития, Земля подверглась массированной бомбардировке большим количеством каменных частиц – метеоритов и астероидов. В результате такой атаки, поверхность планеты нагрелась до 2 тысяч градусов и большое количество вещества Земли просто испарилось в окружающее пространство. Самые легкие частицы, размером с молекулу, попросту сдуло в глубокий космос, а более тяжелые сформировали маленькую протопланету из пыли и льда, которая в будущем и стала Луной.
Переходная версия
Пятая версия является как бы переходным вариантом из предыдущих двух версий. Считается что мимо Земли проходило не одно космическое тело, а множество, и все они были так или иначе захвачены гравитационным полем Земли. Попав к нам на орбиту, эти метеориты не упали на землю, а начали сталкиваться друг с другом, постепенно формируя гораздо больший объект. Так и появилась Луна.
Теория столкновения
Но самой популярной гипотезой на данный момент является теория столкновения двух планет. Когда-то в далеком прошлом, рядом с нашей планетой проходила орбита еще одной планеты, размерами сопоставимой с нашей. В какой-то момент орбиты пересеклись и планеты столкнулись, но под очень острым углом. Практически по касательной друг к другу. В результате такого события поверхности планет сильно разогрелись, катастрофа была поистине чудовищной. От Земли оторвался большой кусок вещества, который однако не улетел в космос, а продолжил болтаться на нашей орбите. Он и превратился в Луну. А куда делась вторая планета? А вот это уже загадка. Может быть слилась в одно целое с Землей, может быть приобрела дополнительное ускорение в результате не очень удачного гравитационного маневра и улетела далеко за пределы Солнечной системы. А может быть ее судьба была более печальна и она врезалась в Солнце.
Метеоритная бомбардировка
Существует также еще гипотеза метеоритной бомбардировки. Согласно ей, в результате такого обстрела метеориты как бы выбивали из земной поверхности обломки вещества и пыли, которые затем оставались вращаться на дальней орбите вокруг Земли. Со временем количество пыли и обломков достигло таких объёмов, что они сформировали из себя целую маленькую планету. Кстати эта гипотеза объясняет наличие воды в составе Лунного материала
Искусственное происхождение
Ну и самая любопытная гипотеза, вызывающая споры и толкования, это версия искусственного объекта. Еще в середине прошлого века, в 60-х годах, Александр Щербаков и Михаил Васин при Академии Наук в СССР предложили гипотезу о том, что Луна на самом деле искусственный объект, некий космический корабль, созданный другой цивилизацией.
Неужели в Академии Наук СССР сидели мечтатели? И да и нет. Конечно каждый из нас зачитывался фантастикой, которая впоследствии давала новые идеи для развития и прогресса. Однако гипотеза искусственного происхождения Луны возникла не на пустом месте. И виноваты в этом научные загадки, тайны Луны, неразгаданные до сих пор.
Вопросы без ответов
Первая загадка заключается в орбите и размере Луны. Ее размер составляет ровно четверть земного, хотя во всех остальных случаях, в солнечной системе, спутники планет имеют гораздо меньший размер. Размеры Солнца и Луны благодаря загадочному совпадению расстояний, визуально практически одинаковы. Совершенно невозможным считается и соотношение масс Земли и Луны. Но самый главный и необъяснимый вопрос заключается в том, что если бы Луна была притянута Землей из космоса, то ее орбита была бы сильно вытянутой. Однако на деле она почти круглая.
Ну и как же обойти тот факт, что Луна всегда повернута к нам только одной стороной? В ближайшем, известном нам космическом пространстве вообще, больше не существует второго такого уникального объекта. Ученые предполагают что такое положение вещей практически невозможно без дополнительного маневрирования. И как следствие выдвигается единственное оставшееся предположение, что Луна – искусственный объект. Кроме того выяснилось, что форма нашего спутника тоже не такая идеально круглая как может показаться.
Во время космической гонки, выявился еще один подозрительный факт. Первые аппараты, в том числе и спускаемые аппараты лунной миссии США попросту сбрасывали на Луну отработанные ступени, и в момент их падения была зафиксирована неправдоподобно долгая вибрация лунной поверхности. Однажды приборы фиксировали такое явления более часа. В результате ученые пришли к ошеломляющему выводу – наш спутник внутри – полый.
Однако какой каркас выдержит огромные напряжения, возникающие в такой титанической конструкции? Вывод напрашивается сам собой – только титановый каркас, причем довольно большой толщины. Позже в составе Лунных пород был найден этот минерал, что еще больше укрепило подозрения. Лишним подтверждением служат лунные кратеры, имеющие неправдоподобно маленькую глубину. Ничем другим, кроме сверхпрочной несущей конструкции объяснить это невозможно.
Еще одно странное образование это так называемые лунные моря. Они занимают огромную часть поверхности нашего спутника, однако по какому-то странному стечению обстоятельств почти все они, то есть 80 процентов, находятся на видимой стороне Луны.
Лунные масконы
Это места с наибольшей плотностью вещества. Они расположены как раз под лунными морями и возможно являются следствием гравитационного влияния Земли. А вот на обратной стороне Луны все обстоит с точностью до наоборот – лунных морей, масконов, центров концентрации массы практически нет, но зато в огромном количестве присутствуют ударные кратеры от метеоритов.
Все теории возникновения Луны как отколовшегося куска нашей планеты разрушает еще один любопытный факт – плотность Земли составляет примерно 5,5 грамм на кубический сантиметр. Что приравнивается к плотности металлов начиная от титана и более тяжелых. Однако, плотность Луны приблизительно 3,3 грамм на кубический сантиметр. Это еще один повод считать ее внутри полой.
В расположении геологических слоев Луны так же прослеживаются аномалии. Создается впечатление, будто она формировалась «наоборот». Это так же было бы возможно в случае искусственной отливки каркаса Луны.
Таким образом теория об искусственном происхождении нашей спутницы в последнее время некоторыми учеными принята, как обоснованная. Как видите теорий о происхождении Луны огромное количество, однако ни одна из не дает полного ответа на все вопросы. Более того, с каждым годом количество различных версий становится все больше, и каждая из них порождает все больше и больше вопросов.
На некоторые из них уже получены более-менее внятные ответы. Например на вопрос – почему Луна повернута всегда одной стороной, сейчас принято считать виновниками приливные силы Земли. Считается что Земля, притягивая свой спутник, разогревает внутреннее ядро Луны до состояния магмы, которая в свою очередь концентрирует свою массу ближе к Земле и таким образом постепенно появилась синхронизация количества оборотов луны вокруг своей оси и вокруг Земли. В итоге имеем идеальное совпадение – Луна всегда повернута к нам только одной своей стороной.
Однако эта же версия противоречит практически доказанному факту, что Луна внутри это давно остывший объект. Другими словами загадок и противоречий много. Все гипотезы, которые так или иначе считают Луну объектом захваченным притяжением Земли, не отвечают на вопрос о невозможной орбите.
Другие гипотезы, считающие что Луна так или иначе является осколком Земли, не отвечают на вопрос о ее плотности. Как получилось, что отколовшийся кусочек стал вдруг почти вдвое легче оригинала?
Если же Луна действительно объект, построенный другой цивилизацией, то для чего? Откуда она к нам прилетела, какие задачи перед ней стояли и почему никто не выходит с нами на связь? Может ли быть что она работает в автоматическом режиме, периодически поправляя свою орбиту, а весь ее экипаж мирно спит в анабиозных капсулах? И самое главное – что случится, когда настанет час и они проснутся?
Когда-нибудь мы узнаем историю происхождения Луны, современные гипотезы разделяется на подтвержденные и опровергнутые, появятся ответы на все эти вопросы. А пока что нам остается только ждать и наслаждаться магическим холодным светом, исходящим от нашей преданной, спутницы.
Источник