Луна раньше была солнцем

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:

Земля и Луна образовались из одного протопланетного облака по отдельности.
Земля захватила Луну, которая пролетала поблизости, но на самом деле образовалась где-то в другом месте.
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

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Про Далекий Космос можно придумывать все что угодно. Это сложно увидеть и мало кто про это знает. А вот Луна каждую ночь висит у нас над головой и наверняка многие задумывались как это она там оказалась.

Согласно одной из наиболее популярных моделей образования Луны, естественный спутник нашей планеты мог появиться в результате столкновения некоего космического тела с Землей более 4,5 миллиарда лет назад. Этим телом была Тейя, протопланетный объект, с «зародышем» Земли. Столкновение привело к выбросу материи Тейи и прото-Земли в космос, и из этой материи и сформировалась Луна, что объясняет ее удивительное геологическое и химическое сходство с нашей планетой.

Однако внутри данной версии нет единодушия. Ученые выделяют три ее варианта.

1. Инородное тело
Согласно одной из теорий Луна ни что иное как осколок космического объекта, столкнувшегося более 4 миллиардов лет назад с Землей. И ученые даже называют этот объект – малая планета Тейя (по некоторым предположениям размером с Марс). В результате мощнейшего удара космическое тело превратилось в огромное облако мусора, которое оказавшись на земной орбите, со временем сформировалось в спутник. Такая гипотеза, выдвинутая двумя группами американских ученых, удачно объясняла дефицит железа на Луне в отличие от нашей планеты и некоторые динамические характеристики системы Земля – Луна. Но в ней есть слабое место. Химический анализ показал идентичность состава лунной и земной породы.

2. Фрагмент Земли
По этой версии при столкновении с другим небесным телом протоземля выделила вещество, из которого и образовалась Луна. Именно так, по мнению сотрудников Гарвардского университета можно объяснить схожесть химического состава Земли и ее спутника.

3. Два в одном
Эта гипотеза дополняет предыдущую, однако в ней утверждается, что в результате катастрофического столкновения часть массы земной материи и ударника образовали единое вещество, в расплавленном виде выброшенное на околоземную орбиту. Этот материал и создал спутник. В данной интерпретации столкновение произошло до образования ядра Земли, что и объясняет низкое содержание железа в лунном грунте.

В рамках нового исследования ученые постарались подробнее понять, какой была дальнейшая судьба нашего спутника после этого события.

В период катархея (геологический эон) Луна выглядела совсем не так, как она выглядит сегодня. Представляла собой скорее раскаленный комок лавы, обладающий экзотической сверхплотной атмосферой из паров кремния и металлов. А еще она была расположена в 10 раз ближе к поверхности Земли, чем сегодня.

В ходе исследования группа ученых пришла к выводу, что одна из особенностей Луны может указывать на то, что Земля была лишена океанов из жидкой воды на протяжении первых 400-500 миллионов лет своего существования. А такие выводы, в свою очередь, накладывают серьезные ограничения на время зарождения жизни на Земле.

Как сейчас принято считать, в последующие несколько миллионов лет после своего формирования Луна достаточно быстро удалялась от Земли в результате действия приливных сил, пока в итоге не вышла на ту орбиту, на которой она находится сегодня. Впоследствии, когда Луна начала всегда смотреть на Землю только одной стороной, этот процесс резко замедлился, и сейчас она отдаляется от нашей планеты со скоростью примерно в 2-4 сантиметра в год.

Чжун и его коллеги раскрыли одну необычную деталь этого процесса, обратив внимание на самую загадочную черту Луны — ее необычный «горб», расположенный на экваторе. Эта структура была открыта французским астрономом Пьером Лапласом еще два века назад. Лаплас заметил, что Луна «сплющена» примерно в 17-20 раз сильнее, чем должна была быть, учитывая скорость ее вращения вокруг своей оси.

«Лунный экваториальный «горб» может содержать секреты ранней истории эволюции Земли, о которых мы даже не знали», — говорит исследователь Шицзе Чжун из университета Колорадо в Боулдере (США).

Исследователи считают, что существование этой структуры указывает на то, что в далеком прошлом Луна вращалась значительно быстрее, чем сегодня. Американские планетологи попытались понять, как быстро «тормозила» Луна, изучив то, как устроен этот «горб», и попытавшись воспроизвести его появление при помощи компьютерной модели развития Солнечной системы.

Эти наблюдения неожиданно показали, что общепринятые теории о быстром торможении Луны в первые годы ее существования были ошибочными — скорость вращения спутницы Земли оставалась высокой как минимум на протяжении первых 400 миллионов лет ее существования. В противном случае Луна всегда бы оставалась «жидкой» планетой или имела совершенно иную форму и размеры, нежели сегодня.

Подобный сценарий, как объясняет Чжун, возможен только в том случае, если Земля не была в то время покрыта океаном из воды, сопоставимым по размерам с нынешней гидросферой планеты. Это означает, что воды в жидком виде на юной Земле не было. Она либо отсутствовала на ней в принципе, либо была принесена уже после формирования «горба» Луны, или же находилась на ней в твердой форме, то есть в виде льда.

Итак, как мы уже выяснили одной из самых популярных теорий о возникновении Луны является теория Гигантского столкновения. Эта теория хорошо объясняет размеры Луны и ее орбитальную позицию, однако новые исследования, опубликованные в журнале Nature, говорят об обратном: по мнению ученых, взаимодействие Земли с космическим телом было подобно «удару кувалдой по арбузу». Проведя детальное исследование образцов лунных пород, добытых экспедициями кораблей серии «Апполон» еще в 70-е годы прошлого столетия, специалисты из Вашингтонского университета опровергли теорию сорокалетней давности.

«Если бы старая теория была верна, то больше половины лунных пород состояли бы из материала ударившего Землю планетоида. Но вместо этого мы видим, что изотопный состав фрагментов Луны весьма специфичен. Тяжелые изотопы калия, найденные в образцах, могли сформироваться только под воздействием невероятно высоких температур. Лишь очень мощное столкновение, при котором планетоид и большая часть Земли испарились бы при контакте, может вызвать подобный эффект. К тому же, прежде чем охладиться и стать твердым телом, пар, образованный при столкновении, должен был занять площадь в 500 раз больше площади поверхности Земли», объясняет Кун Ван, доцент Вашингтонского университета и один из авторов исследования.

По словам ученых, это открытие изменит не только представление о том, как сформировалась Луна, но и о процессах, которые происходили во всей Солнечной системе. Однако данных все еще недостаточно, и для того, чтобы сформулировать новую теорию, ученым предстоит еще масса аналитической работы с образцами.

Но есть и еще версии.

Гипотеза центробежного разделения

Впервые гипотезу отделения Луны от Земли под действием центробежных сил выдвинул Джордж Дарвин (сын Чарльза Дарвина) в 1878 году. По мнению сторонников этой теории, скорость вращения планеты была достаточно быстрой, чтобы от протоземли отделился фрагмент вещества, сформировавший впоследствии Луну. Однако уже в 30-х годах XX столетия ученые со скептицизмом стали относиться к подобной идее. Они утверждали, что суммарный вращательный момент недостаточен для возникновения даже в жидкой Земле «ротационной неустойчивости».

В последнее время набирает популярность версия, выдвинутая в 1909 году американским астрономом Джексоном Си согласно которой Земля и Луна образовались независимо друг от друга в разных частях Солнечной системы. В момент наиболее близкого прохождения Луны относительно земной орбиты и произошел захват гравитационными силами небесного тела. Это, судя по всему, произошло в человеческий период истории Земли. Легенды многих народов мира, в частности догонов повествуют о временах, когда на небосводе отсутствовал спутник. Эту гипотезу также косвенно подтверждает относительно не глубокий слой космической пыли на поверхности Луны.

Идея искусственного происхождения Луны самая спорная, так как до сих пор не доказано существование инопланетной или земной цивилизации способной совершить подобное. Тем не менее, она заслуживает внимания, хотя бы, потому что была высказана учеными. В 1960 году исследователи Михаил Васин и Александр Щербаков, изучая некоторые характеристики нашего спутника, пришли к мысли, что он может иметь искусственное происхождение. Так, учитывая размер и глубину образовавшихся при бомбардировке космическими телами лунных кратеров, они предположили, что кора Луны могла быть сделана из титана, толщина которого по предварительным расчетам советских ученых была 32 километра. «Когда я впервые наткнулся на шокирующую советскую теорию, объясняющую истинную природу Луны, я был потрясён, – пишет американский исследователь Дон Уилсон. – Сначала мне показалось это невероятным и, естественно, я отверг её. Когда наши экспедиции Apollo привозили больше и больше фактов, подтверждавших советскую теорию, я был вынужден принять её».

Приверженцы теории «искусственной Луны» обратили внимание на весьма высокое соотношение массы сателлита к массе Земли – 1:81, что не характерно для спутников других планет Солнечной системы. Выше показатели только у Харона и Плутона, хотя последний уже не считается планетой. Любопытны сравнения размеров спутников. Например, самый крупный спутник Марса Фобос в диаметре не превышает 20 км, в то время как у Луны этот показатель 3560 км. Кстати, именно такой размер Луны, совпадающий для земного наблюдателя с диаметром Солнца, позволяет нам периодически видеть солнечные затмения. Наконец удивляет практически идеальная круговая орбита Луны, в то время как у других спутников она эллиптическая.

Интересен и тот факт, что гравитационное притяжение Луны является неоднородным. Экипаж Apollo VIII, облетая спутник, отметил, что гравитация Луны имеет резкие аномалии – в некоторых местах она «таинственным образом усиливается». Обращая внимание на данные американского экипажа (которые были засекречены), а также на низкую плотность спутника по отношению к его массе ядерный инженер Уильям Брайан в 1982 году заявил, что «Луна полая и относительная жесткая». Ряд более поздних исследований позволил ученым предположить, что эта полость искусственная. Но исследователи сделали и более смелые выводы, по которым Луна формировалась «в обратном направлении» – то есть от поверхности к ядру.

Впрочем, в последние годы ученые не готовы серьезно рассматривать версию искусственного происхождения Луны. Куда ближе современным научным взглядам, к примеру, «теория испарения». По этой гипотезе из земной плазмы были выделены значительные массы вещества, которые при остывании образовали конденсат – он и стал строительным материалом для протолуны. Но есть и другая – похожая идея, выдвинутая еще в XVIII веке. Сначала шведский естествоиспытатель Эммануэль Сведенборг, а затем французский астроном Пьер-Симон Лаплас высказали мысль, что межзвездные туманности – облака газа и пыли в открытом космосе – сжимаются и конденсируются в звезды и окружающие их планеты. Французский ученый также предполагал, что из этого вещества мог образоваться и наш спутник. Российский академик Э. М. Галимов развил временно вышедшую из моды концепцию, в которой Луна является результатом «фрагментации пылевого сгущения». В основу этой гипотезы легли результаты радиоизотопного анализа спутника и планеты, которые показывают, что оба тела имеют одинаковый возраст – около 4,5 миллиардов лет. Другими словами и Луна, и Земля образовались по соседству из вещества, находившегося от Солнца на одинаковом расстоянии. По мнению ученого концепция происхождения Луны из первичного вещества, а не из мантии Земли, лучше согласуется с фактами, чем принятая до сих пор «модель мегаимпакта».