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
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
Когда-то в Землю врезалась другая планета, и получилась Луна. Что не так с этой гипотезой?
Гипотезу о мегастолкновении Земли и планеты Тейи выдвинули американцы Хартман и Дэвис в 1975 году. В те далекие времена в Солнечной системе было известно два типа спутников: те, что радикально меньше своих планет (Фобос и Деймос около Марса, спутники газовых и ледяных гигантов), и Луна. Она была единственным спутником, масса которого составляла более процента от массы ее планеты.
Странность Луны требовала нестандартного объяснения, откуда она взялась. Прежние догадки были несколько наивными и легко опровергались. Например, сын Чарльза Дарвина предполагал, что когда-то Земля вращалась быстрее и от нее отвалился громадный кусок. Эта и ей подобные гипотезы плохо объясняли то, что железное ядро Луны в сравнении с Землей небольшое, а воды там, как считалось, нет.
На самом деле, на тот момент вода в лунной породе уже была обнаружена: она содержалась в грунте (реголите), доставленном на «Аполлонах». Находку списали на земные загрязнения или метеориты. Показания детекторов ионов, зафиксировавших воду рядом с «Аполлонами», также списали на земное загрязнение. Ученые отвергали эмпирические факты, поскольку те не стыковались с тогдашними теориями происхождения Луны.
Во всех этих теориях Луна сперва расплавлялась, из-за этого она должна была потерять воду. Наука того времени предполагала только один вариант попадания воды на Луну — с кометами. Но в кометной воде другое соотношение водорода и его тяжелой разновидности — дейтерия, а в воде, найденной на Луне американцами, соотношение этих изотопов было таким же, как на Земле. Несоответствие проще всего было объяснить загрязнением.
Однако оставалось непонятно, почему в реголите содержится меньше титана и других сравнительно тяжелых элементов. Тогда-то родилась гипотеза мегаудара (мегаимпакта). По ней, 4,5 млрд лет назад древняя планета Тейя столкнулась с Землей, и сверхмощный удар выбросил в космос обломки обеих планет — из них со временем сформировалась Луна. Верхние слои Земли содержат мало тяжелых элементов, потому что большая часть опустилась вниз, в ядро и нижние слои магмы. Якобы этим обусловлено отличие лунного грунта.
Получалось, что земной спутник был не первичным, как, например, у Юпитера, а вторичным — вдобавок снимался вопрос о том, почему масса Луны так велика в сравнении с массой самой Земли. Также гипотеза американцев объясняла, почему на Луне совсем нет воды: при столкновении планет обломки должны были разгореться до тысяч градусов — вода просто испарилась и улетела в космос. Другое дело, что после полетов «Аполлонов» представление о безводной Луне было упорным игнорированием фактов.
Гипотеза выглядела просто отлично целых три года. Но уже в 1978 году был открыт Харон — спутник Плутона. Если Луна по массе в 80 раз уступает Земле, то Харон легче Плутона всего в девять раз. Получалось, в Луне нет ничего уникального. Появились сомнения: крупные планеты, скорее всего, сталкиваются слишком редко, чтобы появилось столько больших спутников.
Новые неудобства принес анализ лунных пород в лабораториях и первые данные по метеоритам инопланетного происхождения. Выходило, что изотопно Луна неотличима только от Земли, а все остальные планеты Солнечной системы явно другие. Как это получилось, если в составе Луны якобы есть вещество другой планеты — гипотетической древней Тейи? Чтобы объяснить противоречие, гипотезу мегаудара доработали: местом рождения Тейи стали считать. земную орбиту — поэтому-то изотопный состав обеих планет одинаков. В одном месте сформировалось сразу две планеты, которые потом столкнулись.
Но было непонятно, почему на земной орбите планет возникло две, а на орбитах других планет системы — по одной. Добавили проблем и геологи. Возник еще один вопрос: если мегастолкновение двух планет раскалило Землю и ее обломки, откуда на планете вообще взялась вода? По всем расчетам она должна была испариться.
Теория мегаудара уже стала крайне популярной, отказываться от нее не хотели, поэтому была выдвинута идея, что вода на Земле появилась позже — ее принесли кометы, падавшие на планету миллиарды лет. Но вскоре обнаружилось, что соотношение изотопов водорода и кислорода в кометной воде сильно отличается от земной. Более похожа на земную вода с астероидов, но на них ее очень мало, то есть быть источником наших океанов они не могут.
Наконец, в XXI веке на Луне стали находить следы воды. А когда сторонники мегаударной гипотезы предположили, что воду эту принесли кометы, то голландские геологи показали, что лунные породы вообще не могли образоваться в нынешнем виде без присутствия воды с самого начала образования спутника. Усугубили ситуацию российские астрономы: по ним, типичное столкновение кометы с Луной ведет к вылету более 95% воды обратно в космос.
Лучше всего ситуацию отразила статья 2013 года с говорящим заголовком «Импактная теория вымоталась».
Если Луна появилась не из-за столкновения двух молодых планет, то как? В полной версии статьи на научно-популярном сайте «Чердак» читайте об альтернативной гипотезе, которую выдвинули российские ученые.
Александр Березин
Источник