Пленница, пылевое облако или осколок Земли: как родилась Луна
Недавно был обнаружен факт, говорящий в пользу того, что Луна сформировалась в результате «лобового столкновения» Земли и некой протопланеты. Ранее учёные склонялись к тому, что гипотетическая Тейя прошла по касательной. О происхождении нашего спутника ученые спорят долгие века. «Футурист» собрал все возможные сценарии рождения Луны.
Земля и Луна сформировались вместе
В 1755 году Иммануил Кант предположил, что Земля и Луна сформировались вместе, из одного пылевого сгустка. Эта идея впоследствии получила название «гипотеза совместной аккреции». Ее развивали такие серьезные ученые, как Эдуард Рош и Виктор Сафронов, и до полетов «Аполлонов» она входила в «Большую тройку» основных научных гипотез о рождении Луны. Согласно идее коаккреции, вначале из облака пыли сформировался крупный сгусток – зародыш нашей планеты. В процессе формирования прото-Земля стала приобретать всю большую массу и притягивать к себе все больше частиц пыли. Однако вобрать в себя весь пылевой сгусток Земля не смогла, и часть вещества осталась на ее орбите. Из этих остатков и образовалась Луна.
Эта гипотеза единственная из всех объясняет, почему в земной и лунной коре примерно одинаковое соотношение изотопов кислорода. Но если Луна и Земля сформировались примерно в одно время, почему у них разная плотность и разный состав? Сторонники коаккреции пытались объяснить столь малый размер железо-никелевого ядра тем, что частицы вещества на орбите Земли сталкивались и измельчались, а самые тяжелые из них притянула земная гравитация. На орбите осталась лишь легкая пыль, которая собралась в протолунный сгусток. Однако тогда все планетное вещество должно было бы превратиться в пыль. Кроме того, остается непонятным, почему лунная орбита наклонена по отношению к земной, и почему наша планета вращается так быстро.
Луна отделилась от Земли
Эту идею предложил в 1878 году Джордж Дарвин, сын знаменитого Чарльза Дарвина. Он предположил, что молодая Земля вращалась так быстро, что центробежная сила оторвала от нее часть материи. Это вещество попало на земную орбиту и образовало Луну, а огромная дыра, оставшаяся на Земле, впоследствии стала бассейном Тихого океана.
Эта гипотеза объясняет размер Луны, а также ее плотность, которая равна плотности земной мантии. Однако чтобы от Земли оторвался такой большой кусок материи, она должна была бы вращаться в 3–4 раза быстрее, чем сейчас – а скорость вращения нашей планеты и без того феноменальная. Кроме того, Тихий океан образовался всего 70 млн. лет назад, а это слишком мало для образования Луны.
Земля захватила Луну
Американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си в 1909 году предположил, что Луна когда-то была самостоятельной планетой Солнечной системы . Однако в результате неких гравитационных изменений ее орбита приняла форму эллипса и пересеклась с земной. При очередном сближении земная гравитация захватила Луну «в плен». Однако вероятность столкновения Луны с Землей в этом случае заметно выше, чем шансы поймать небесное тело на ходу. Также новоявленный спутник мог быть разорван приливными силами. Луна обращается вокруг Земли иначе, чем это делают спутники Юпитера, которые были захвачены его притяжением. И, наконец, эта гипотеза не объясняет одинаковое соотношение изотопов кислорода в земной и лунной коре.
Луна – это кондесат вещества Земли
В 70-е годы XX века западные ученые предположили, что Луна сформировалась в результате испарения части земного вещества. Согласно теории, Земля сильно разогрелась из-за постоянных космических «бомбардировок», и была полностью расплавлена. Часть испарившегося вещества унесло в космос, а тяжелые частицы «сконденсировались» и образовали спутник. Это может объяснить сходство состава земной мантии и лунной коры, однако наклон орбиты и скорость вращения Земли в этой теории не учитываются. Кроме того, считается, что Земля никогда не была полностью расплавлена.
Лун было несколько
В 1960-х годах астрономы Томас Голд и Гордон Макдональд предположили, что Земля захватила несколько пролетавших мимо мелких небесных тел. Орбиты этих «лун» со временем изменились под действием приливных сил, и объекты начали сталкиваться, постепенно сформировав одну большую Луну. Однако у Земли и ее спутника схожее содержание изотопов кислорода в коре, чего эта гипотеза объяснить не способна.
Луна – осколок столкновения двух планет
И это основная теория на сегодня. Ударная гипотеза гласит, что Луна появилась после того, как молодая Земля порядка 4,4 млрд. лет назад столкнулась с другой планетой. Эту протопланету ученые называют Тейя – в честь матери лунной богини Селены в греческой мифологии. Считается, что Тейя была размером с Марс.
По одной из гипотез, Тейя сформировалась на орбите Земли, в одной из точек Лагранжа. Это точка в системе из двух массивных тел (в данном случае, это Земля и Солнце), находясь в которой, третье, очень легкое тело может оставаться неподвижным, если на него не действует ничто, кроме гравитации. Между Тейей и Землей некоторое время сохранялась дистанция – до тех пор, пока Тейя не стала слишком массивной. Протопланета начала постепенно приближаться к Земле, и в результате два небесных тела столкнулись. Сильнейший удар выбил б ольшую часть вещества Тейи и часть земной мантии на околоземную орбиту. Из этих обломков сформировалась Луна. В результате столкновения з емная ось заметно наклонилась, а скорость вращения нашей планеты возросла.
Существует два варианта этого столкновения. В первом Тейя столкнулась с Землей «лоб в лоб», пробила верхние слои и выбросила значительную массу мантии в космос. Другая версия предполагает, что Тейя прошла по касательной – таким образом, Луна должна преимущественно состоять из остатков этого небесного тела. Но в противоположность этому состав Земли и Луны очень похож, вплоть до одинаковых долей изотопов многих металлов и прочих элементов. В 2016 году это обнаружили химики, которые работали с материалами, привезенными с Луны в ходе миссии «Аполлон» . Поэтому сценарий прохождения Тейи по касательной перестал удовлетворять ученых.
Недавно химики обнаружили еще один аргумент в пользу «лобового столкновения». Кун Ван из Гарвардского университета (США) и его коллеги сравнили изотопы калия в лунных и земных породах. Два изотопа, калий-39 и калий-41 должны были содержаться на Луне и на Земле в равных долях, так как это соотношение остается неизменным со времен образования Солнечной системы. Но ученые заметили, что в лунных образцах калия -41 на 0,04% больше, чем в земных. Это навело их на мысль о том, что часть Земли в результате столкновения с Тейей расплавилась. Пока земные породы остывали и превращались в спутник, легкий калий-39 испарялся в космос быстрее, чем его более тяжелый собрат. В результате возникло расхождение в долях изотопов. Это предположение ещё предстоит проверить. Но, возможно, Луна – это, действительно, кусочек Земли?
Источник
Рождение Луны
Человек с помощью новейших современных технологий засматривается на далёкие галактики и туманности: они манят его точно так же, как несколько столетий назад его манили берега других континентов, в то время как в своих родных окрестностях оставалось много различных загадок – так же и сейчас, загадкой, которая находится буквально прямо у нас «перед носом» является наша Луна. Причём, откуда она взялась – никто не знает точно. Я расскажу в этой статье о самых распространённых гипотезах, а какая покажется вам наиболее правильной? Пишите ответы в комментариях!
Учёные откровенно признаются в том, что не могут сказать, откуда появилась Луна рядом с Землёй и когда. Во многом Луна совсем не похожа на нашу планету: её химический состав значительно отличается, на ней практически отсутствует вода (хотя в полярных областях были обнаружены запасы льда), она, в отличие от Земли, содержит малое количество летучих элементов и соединений. Судя по анализу лунных пород, когда-то она была почти полностью расплавлена. Но, несмотря на это, есть и много сходств: опираясь на радиоизотопный анализ, учёные сделали вывод, что Луна является ровесницей Земли – ей примерно 4,5 млрд лет. Соотношение стабильных изотопов кислорода на Земле и Луне тоже совпадает, однако это соотношение сильно отличается от того, что было исследовано на метеоритах. Этот факт указывает на то, что Земля и Луна, как минимум, были соседями на стадии формирования Солнечной системы в протопланетном облаке.
Рассмотрим известные мнения.
Гипотеза 1: Земля «поймала» Луну своей гравитацией .
Луна могла родиться где-то отдельно, и даже была самостоятельной карликовой планетой, а затем, случайно сблизившись с нашей, стала её спутником. Эту гипотезу с юмором называют «супружеской». Из-за того, что поверхность Луны твёрдая, это событие произошло относительно недавно, ведь если бы Земля «изловила» Луну в годы своей молодости, то на Луне было бы столько пыли, что в ней утонули бы все исследовательские аппараты. В легендах некоторых народов, например, догонов (народа, живущего на юго-востоке Мали) говорится, что Луны изначально не было на небосводе, и что она появилась потом.
Однако эта гипотеза ставится под сомнение некоторыми фактами:
— масса Луны слишком мала, чтобы «оказаться в ловушке»: компьютерное моделирование показало, что её, либо отбросило бы гравитацией, либо притянуло настолько, что разорвало и, возможно, превратило бы в кольца.
— уж слишком подозрительно совпадает анализ соотношения изотопов на Земле и Луне, о чём уже было сказано выше;
— настоящим охотником на луны является Юпитер: у него есть несколько захваченных спутников, и все они вращаются в противоположном направлении. Будь Луна «пленницей», она вращалась бы так же, как и луны газового гиганта.
Гипотеза 2: Луна родилась рядом с Землёй одновременно .
Об этом говорит их похожий состав: оба небесных тела родились в протопланетном диске рядом друг с другом во время формирования Солнечной системы. Эта гипотеза оспаривается тем, что плотность Земли и Луны слишком разная, а также на Луне почти нет железа и летучих элементов. Сторонники гипотезы объясняют это тем, что тяжёлые вещества упали на более массивное тело – Землю из-за гравитации, а летучие вещества испарялись и не могли удерживаться слабым притяжением Луны.
Гипотеза 3 (самая распространённая и общепринятая): Модель ударного формирования Луны.
Луна родилась из-за столкновения Земли с другим массивным космическим телом – то есть, Луна – это осколок самой Земли. Когда-то в Солнечной системе было намного больше планет, чем сейчас. Они конкурировали друг с другом: сталкивались и разрушались, сливались друг с другом, вытеснялись на задворки Солнечной системы в пояс Койпера. Земля испытала столкновение с Тейей – небольшой планетой размером с Марс, по массе примерно в 10 раз меньше Земли. Тейя не могла разрушить Землю, но ей удалось отколоть от неё сравнительно большой кусок её верхней мантии и его выбросило в космос. Это вещество некоторое время обращалось вокруг Земли, большая часть материала упала на Землю, а из меньшей части сформировалась Луна. Наклон земной оси и её вращение – подтверждение этой гипотезе. Единственное возражение: от подобного мощного столкновения Земля разогрелась бы до таких температур, что вся вода бы выкипела и испарилась, но этого не произошло.
Гипотеза 4: Гипотеза центробежного отделения.
Сформировавшись, Земля вращалась с очень большой скоростью и состояла из горячей массы. В зоне экватора центробежная сила вытянула часть земной массы, а затем она оторвалась и остыла. Учёные полагают, что именно в том месте, где молодая Земля «потеряла» кусок себя, образовался Тихий океан – это объясняет и размер самой Луны. Схожесть состава сюда подходит, но есть временная несостыковка: тектонические плиты на Земле находятся в постоянном движении, и заглянуть если на «портрет» Земли в прошлом, мы бы её не узнали, ведь материки и океаны были совсем по-другому расположены. Центробежное отделение должно было произойти около 4,5 млрд лет назад, а Тихий океан, такой, каким мы его знаем, существует всего 70 млн лет.
Гипотеза 5: Гипотеза испарения
Она строится на гипотезах центробежного разделения и совместного формирования: молодая, только что сформировавшаяся Земля была окружена остатками «строительного материала» — эти каменные частицы постоянно падали на неё, разогрели своими ударами до 2000 С, из-за чего значительные массы вещества испарились в околоземное пространство. Солнечный ветер сдул летучие элементы, а более тяжёлые слепились в один большой элемент – в Луну. Это хорошее объяснение химического состава, но:
— данная гипотеза не объясняет наклон оси и вращение Земли;
— судя по геологическим данным, Земля никогда так не нагревалась и не была расплавленной.
Гипотеза 6: Гипотеза многих лун .
Она говорит о том, что Земля «поймала» сразу несколько маленьких лун, которые, сталкиваясь друг с другом, слепились затем воедино. Но тогда был бы совсем разный состав, да и Земля не настолько «сильна», чтобы поймать несколько объектов, ведь землеподобные планеты (Меркурий и Венера) вообще не имеют спутников, а у Марса всего два спутника, которые до сих пор сопровождают его.
Гипотеза 7: Метеоритная бомбардировка.
В отличие от гипотезы столкновения с Тейей, эта версия больше подходит, так как не произошло бы такого глобального нагрева, и вода сохранилась на Земле и даже на Луне. Столкновения с крупными метеоритами откололи часть вещества мантии Земли – из него и образовалась Луна.
Гипотеза 8: В стиле РенТВ: Луну кто-то специально создал искусственно.
Плотность спутника весьма подозрительна: на 60 % меньше земной. Из-за этого некоторые посчитали, что Луна пустая, и что, возможно, внутри неё находится целая база неземной цивилизации, присланная сюда, чтобы следить за нами. А вы верите в подобное?)
Источник
Откуда взялась Луна?
Меня часто спрашивают как образовалась наша Луна? Всегда ли Луна была спутником Земли? Было ли время, когда Луны на небе не было? Давайте попробуем разобраться в этих вопросах.
Возраст Луны установлен с довольно высокой точностью и он составляет около 4.5 миллиардов лет. Т.е. по сути Луна — ровесница Земли которая начала формироваться не намного раньше. Рассмотрим основные теории того откуда взялась Луна.
Теория гигантского столкновения
Согласно этой теории Луна сформировалась в результате столкновения ранней Земли и небесного тела размером с Марс. Часть этого небесного тела была поглощена Землей, а из осколков сформировался спутник Земли — Луна. Гипотетическое небесное тело, с которым столкнулась Земля называют Тейя.
Эта теория хорошо объясняет то, почему Луна состоит в основном из легких элементов и имеет гораздо меньшую плотность, чем Земля. Это случилось потому, что при столкновении на орбиту были выброшены в основном большие слои коры и мантии как Тейи, так и Земли. Именно из этих осколков в этой теории сформировалась Луна.
Кроме того, эта теория прекрасно объясняет орбиту Луны, так как моделирование показывает, что с течением времени эти осколки должны были собраться в районе плоскости эклиптики и именно в этой плоскости и лежит орбита Луны.
Теория захвата
Согласно этой теории Луна и Земля сформировались раздельно друг от друга, а затем Луна была захвачена Землей и стала обращаться вокруг нашей планеты.
Подобным образом на свои орбиты вышли многие спутники в Солнечной системе. Например совершенно точно, что спутники Марса Фобос и Деймос были им захвачены.
Эта теория была довольно популярна в 80-е годы, однако со временем была признана нереалистичной прежде всего потому, что при сближении небесного тела размером с Луну с Землей гораздо более вероятным исходом является столкновение или пролет мимо, а не захват.
Вероятность того, что Луна двигалась как раз с нужной скоростью и в нужном направлении, чтобы выйти на орбиту близкую к круговой вокруг Земли в плоскости эклиптики крайне мала. В случае если бы Луна была захвачена Землей ее орбита скорее всего лежала бы вне плоскости эклиптики, а также скорее всего имела бы большой эксцентриситет.
Теория совместной формации
Эта теория гласит, что Луна и Земля изначально сформировались вместе с Землей как двойная системе планета-спутник. Текущая орбита Луны прекрасно вписывается в эту теорию, однако анализ образцов лунного грунта не подтверждает эту теорию.
Однако, эта теория не объясняет того, почему плотность Луны почти в два раза меньше плотности Земли. Если Луна и Земля формировались из одного и того же вещества, то их плотность должна была быть примерно одинаковой, но этого не наблюдается.
Кроме вышеописанных существует еще несколько теорий разной степени научности описывающих образование луны. К примеру существует теория о том, что якобы протоземля вращалась так быстро, что выбросила часть своего вещества из-за центробежной силы на орбиту и сегодняшний Тихий океан это «шрам» от этого выброса. Подобные теории были отброшены наукой как совершенно не согласующиеся с фактами.
Несмотря на то, что теории совместной формации и теория захвата хорошо объясняют многие особенности поведения системы Земля-Луна все же теория гигантского столкновения дает наибольшее согласие со всеми наблюдаемыми фактами и именно эта теория является общепринятой на данный момент.
Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.
Источник