Луна это осколок земли

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

Как появилась Луна

Почти каждую ночь мы можем видеть на небе наш естественный спутник – Луну. Но часто ли Вы задумывались, откуда она взялась? Она освещает Землю уже миллиарды лет, а когда-то была гораздо ближе. А были ли времена, когда её не было совсем? Вопрос, как появилась Луна, очень интересен.

На самом деле однозначного ответа по этому поводу у учёных пока нет. Но есть несколько версий, наверняка одна из них окажется в итоге верной. Поэтому рассмотрим самые вероятные.

Все гипотезы сводятся к одной из трёх ситуаций:

1. Земля и Луна образовались из одного протопланетного облака по отдельности.
2. Земля захватила Луну, которая пролетала поблизости, но на самом деле образовалась где-то в другом месте.
3. Земля столкнулась с огромным телом, возможно, другой планетой. Из выброшенного при столкновении земного вещества и обломков образовался наш спутник.

Все эти версии развития событий очень разные. Посмотрим, какая из них более близка к правде. Для этого сравним Землю и Луну в плане состава. Так можно определить, насколько правдив последний вариант.

Сходства и отличия Земли и Луны

С тех пор, как Галилео Галилей впервые увидел на Луне горы, стало ясно, что некоторое сходство с Землёй у нашего спутника есть. Тем более, там наблюдались даже «моря», которые, правда, оказались просто твёрдой пустыней. Однако у Луны с Землёй на самом деле общего довольно мало – это сходный уровень содержания в коре и мантии изотопов кислорода. Это говорит о том, что Луна и Земля образовались из одного протопланетного облака, на одном расстоянии от Солнца. Тела, образованные в других местах, сильно отличаются по этому показателю. Так что набор химических элементов в их составе более-менее похож.

Но отличий гораздо больше, как в составе, так и в строении:

• У Луны средняя плотность почти вдвое меньше земной. В основном из-за того, что Земля имеет большое металлическое ядро, которое занимает 30% веса планеты. У Луны маленькое железо — никелевое ядро, весящее менее 3% от всей массы. Кстати, плотность Луны близка к плотности земной мантии.
• На Луне гораздо меньше водорода, азота, фтора, инертных газов. Это летучие вещества, которые могли просто улетучиться в космос за миллиарды лет. А вот содержание титана, тория, урана, некоторых других тяжелых элементов, в лунной породе больше, чем в земной.
• У Луны очень толстая кора, толщиной до 80 км, то есть больше земной в несколько раз. При этом состоит она из застывшей мантии. Поэтому считается, что когда-то Луна была полностью расплавлена.
• Плоскость лунной орбиты не совпадает с земным экватором, а наклонена. Крупные спутники других планет обычно вращаются в плоскости их экваторов.

Из этого можно сделать самые разные выводы. Поэтому рассмотрим гипотезы о том, как появилась Луна, существующие сейчас.

Луна оторвалась от Земли при её быстром вращении

Это еще называется «гипотезой центробежного отделения». Суть её в том, что молодая Земля вращалась очень быстро и из-за этого сильно сплющилась. В итоге под действием центробежных сил в области экватора оторвался кусок вещества, из которого затем сформировалась Луна.

Эту версию первым выдвинул в 1878 году сын знаменитого Чарльза Дарвина – Джордж Дарвин. Она вполне считалась главной еще в начале XX века. Ученые даже посчитали, что вырванный кусок находится там, где сейчас Тихий океан, по объёму он как раз подходит.

На самом деле, чтобы такое произошло, Земля должна была вращаться очень быстро, делая полный оборот вокруг оси меньше, чем за 2 часа. Но она к настоящему времени никак не смогла бы замедлиться до нынешних 24 часов. Против этой теории говорит и геология – бассейн Тихого океана образовался всего 70 миллионов лет назад, а возраст нашего спутника — более 4 миллиардов лет. Его химический состав тоже отличается от земного.

Поэтому такая теория происхождения нашего естественного спутника ныне полностью забракована, хотя в своё время была довольно популярной.

Луна была захвачена Землёй

Это «гипотеза захвата», которая появилась в 1909 году. В её пользу говорят легенды некоторых народов. В них говорится, что были времена, когда Луны не было. Но это весьма шаткая опора, на которой, конечно, нельзя строить научную гипотезу. Других фактов, подтверждающих её, пока не найдено.

Зато против этой версии есть некоторые факты:

• Луна – довольно крупное и массивное тело. Для захвата Землей она должна была пролетать очень близко, ближе предела Роша. Но в таком случае она была бы просто искорежена мощными приливными силами и разрушена. Если бы она пролетала дальше, то или отклонилась бы и столкнулась с Землей, или планета её бы отбросила, как при гравитационном манёвре.
• Все захваченные спутники других планет движутся по ретроградной орбите – против вращения планеты. У Луны проградная орбита, она вращается в одном направлении с Землёй, как будто всегда там была.
• Если бы Луна образовалась дальше Марса, в зоне газовых гигантов, то в её составе было бы много летучих элементов – водорода, фтора, инертных газов. А их-то как раз почти нет. Но есть небольшое ядро, как у спутников планет – гигантов.
• У Луны и Земли слишком схожее содержание изотопов кислорода. При захвате Луны извне такое совпадение просто нереально.
• При Захвате у Луны была бы сильно вытянутая орбита. Но на практике она не сильно отличается от круговой.

Так что гипотеза захвата тоже выглядит маловероятной. Такую операцию мог бы провернуть, например, Юпитер, или даже Нептун. Но Земля ненамного превосходит Луну по массе, чтобы издалека затормозить её и перевести на свою орбиту. А близкий контакт закончился бы катастрофой. По крайней мере, моделирование захвата Луны не подтверждает гипотезу.

Луна и Земля образовались вместе

Это «гипотеза совместного формирования». Речь идёт о том, что Земля и Луна образовались вместе, из одного протопланетного облака. Ближе к центру туманность сжалась и получилась Земля, а на окраине из остального вещества получилась Луна.

Как ни странно, это очень старая гипотеза. Её предложил Иммануил Кант еще в 1755 году. Она прекрасно подтверждает совпадение содержания кислорода в образцах породы.

Но эта гипотеза тоже имеет много минусов. Так, непонятно различие в остальном химическом составе. Ведь, если Земля и Луна образовались из одного облака, их химический состав должен быть совершенно одинаковым. К тому же, у планеты огромное железное ядро, а спутнику досталось очень мало железа. К тому же, средняя плотность слишком разная. Наклон лунной орбиты тоже нельзя объяснить.

Так что эта теория, несмотря на кажущуюся правдоподобность, тоже имеет необъяснимые места.

Луна появилась после Земли

Это «гипотеза испарения», предложенная в 1955 году. Суть её в том, что первой образовалась Земля. Вокруг неё всё еще была масса материала из протопланетного облака, из которого камни разного размера постоянно бомбардировали Землю. Из-за этого планета разогрелась до 2000 градусов, а множество элементов из её верхних слоёв просто испарилось назад в космос, где и приняли участие в формировании Луны из остатков протопланетного облака.

Однако к моменту разогрева ядро Земли уже успело сформироваться – массивные железные породы опустились к центру. Поэтому Луне железа досталось мало.

Эта гипотеза хорошо объясняет химическое строение Луны и её отличие от Земли в этом плане. Но против неё геологические данные, которые говорят о том, что земная кора никогда не расплавлялась полностью. К тому же, не объясняются наклон лунной орбиты и другие проблемы.

Луна появилась из нескольким маленьких спутников

Мы уже рассмотрели «гипотезу захвата» и выяснили её невероятность. Земля не смогла бы захватить такое большое тело, как Луна, тем более перевести его на круговую околоземную орбиту. Но она запросто смогла бы захватить несколько мелких тел, наподобие крупных астероидов. Эти астероиды могли бы сталкиваться друг с другом на земной орбите, а потом из их обломков могло бы сформироваться одно большое тело.

Но эта гипотеза происхождения Луны имеет массу недостатков. Во-первых, она не объясняет сходство содержания кислорода. Если бы Луна образовалась из прилетевших извне астероидов, состав отличался бы очень сильно, а он более-менее схож с земным.

Во-вторых, очень маловероятно, что Земля смогла бы захватить столько астероидов, чтобы их хватило на формирование Луны. Венера за миллиарды лет ни одного не смогла захватить, а у Марса всего пара маленьких, хотя астероидный пояс рядом.

В-третьих, вряд ли все захваченные астероиды стали бы сталкиваться и формировать один спутник, тем более за короткое время. У того же Марса миллиарды лет имеются Фобос и Деймос, но сталкиваться они не собираются. У планет-гигантов десятки спутников, и они тоже не сталкиваются друг с другом.

Луна появилась из-за столкновения Земли с планетой

Такая версия появилась в 1975 году, и сейчас она считается одной из самых вероятных. Согласно ей, Луна появилась благодаря столкновению молодой Земли с другой молодой планетой – Тейей. Эта Тейя ударила Землю по касательной, из-за чего в космос было выброшено много земного вещества из мантии. Туда же попали остатки Тейи. Из этого вещества образовалась в дальнейшем Луна. Её первоначальное удаление составляло всего 60000 км.

Эта гипотеза хорошо объясняет как сходство химии Луны с Землёй, так и некоторые отличия. Так как из-за удара Земля несколько наклонилась, то это объясняет наклон лунной орбиты. Малое количество железа на Луне также можно объяснить тем, что земное вещество было выброшено из верхних слоёв и из мантии, а ядро уже было сформировано.

Чтобы эта версия стала правдоподобной, нужно допустить, что Тейя ударила Землю на небольшой скорости и по касательной. Такое возможно, если эта планета сформировалась также на земной планете, в одной из точек Лагранжа. По сути, это был близнец нашей Земли, на той же орбите.

Так как эта версия выглядит довольно правдоподобной и позволяет объяснить многие вещи, она считается основной. Но требуется еще множество исследований для её подтверждения. Ведь это столкновение, если оно было, произошло примерно 4.5 миллиардов лет назад, поэтому найти доказательства непросто. К тому же, требует объяснения такой факт – при столкновении с Тейей Земля должна была сильно разогреться и потерять всю свою воду, но этого не произошло.

Луна появилась из земного вещества, выброшенного метеоритами

Это новая версия, которая появилась в 2007 году. Согласно ей, молодая Земля подвергалась активной бомбардировке множеством метеоритов, размеры которых достигали от десятков до сотен километров. Из-за этого в космос выбрасывалось большое количество земного вещества, в том числе воды. Из этого вещества и образовалась Луна.

Такая гипотеза просто заменяет одно столкновение с большой планетой Тейей на тысячи мощных, но локальных. При этом Земля не раскалилась бы и не потеряла свою воду, что служит плюсом этой версии. К тому же, на Луне есть вода в виде льда — таким образом она вполне могла бы сохраниться.

Такая гипотеза образования Луны тоже пока является рабочей и изучается. За неё есть отдельные факты, но узких мест тоже хватает.

Так как появилась Луна?

Как видим, пока точно на этот вопрос не сможет ответить никто. Существуют разные версии, но наиболее вероятными пока выглядят две последние. Это столкновение Земли с крупной протопланетой Тейей или столкновение с множеством крупных метеоритов. В любом из этих случаев Луна образовалась в основном из земного вещества с примесью других тел, участвовавших в столкновении. Это объясняет сходство химического состава с Землёй и некоторые отличия, а также наклон лунной орбиты и быстрое вращение Земли на раннем этапе.

Конечно, на самом деле всё могло произойти не так, а как-нибудь по-другому. Но однозначно пока известно одно – Луна и Земля появились вместе, хотя и не одновременно. Луна – «кровь и плоть» Земли, а не что-то инородное, прилетевшее издалека.

Источник