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».
Теория захвата
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.
«Искусственный спутник»
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».
Странные показатели
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.
Пустотелая Луна
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.
Газопылевое облако
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».
источники
9 апреля 2015, 21:58Мы уже привыкли к нашему единственному естественному спутнику, который неустанно облетает нашу планету каждые 28 дней. Луна доминирует в нашем ночном небе, с древних времён она затрагивала у людей самые поэтические струны души. Хотя за последние несколько десятилетий предложены новые понимания многих лунных тайн, большое количество нерешённых вопросов всё ещё окружают наш единственный естественный спутник.
По сравнению с другими планетами нашей солнечной системы и путь орбиты, и размер нашей Луны являются довольно значительными аномалиями. Другие планеты, конечно, тоже имеют спутники. Но у планет со слабым гравитационным воздействием, как например, Меркурий, Венера и Плутон, их нет. Луна составляет одну четверть размера Земли. Сравните это с огромным Юпитером или Сатурном, у которых несколько сравнительно небольших спутников (луна Юпитера составляет 1/80 его размера), и наша Луна, кажется, довольно редкое космическое явление.
Ещё одна интересная деталь: расстояние от Луны до Земли достаточно небольшое, и по видимым размерам Луна равна нашему Солнцу. Это любопытное совпадение наиболее очевидно во время полных солнечных затмений, когда Луна полностью закрывает нашу ближайшую звезду.
Наконец, почти идеальная круговая орбита Луны, отличается от орбит других спутников, которые имеют тенденцию к эллиптической форме.
Гравитационный центр Луны почти на 1 800 м ближе к Земле, чем её геометрический центр. При таких значительных расхождениях учёные до сих пор не могут объяснить, как Луна умудряется сохранить свою почти идеально круговую орбиту.
Гравитационное притяжение на Луне не является однородным. Экипаж на борту Apollo VIII при пролёте около лунного океана, заметил, что гравитация Луны имеет резкие аномалии. В некоторых местах гравитация, кажется, таинственным образом усиливается.
Проблема происхождения Луны обсуждается в научной литературе уже более ста лет. Ее решение имеет большое значение для понимания ранней истории Земли, механизмов формирования Солнечной системы, происхождения жизни.
Первое логическое объяснение происхождения Луны было выдвинуто в XIX в. Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, автора теории естественного отбора, был известным и авторитетным астрономом, который тщательно изучал Луну и в 1878 г. выступил с так называемой теорией разделения. По всей видимости, Джордж Дарвин был первым астрономом, установившим, что Луна отдаляется от Земли. На основе скорости расхождения двух небесных тел Дж. Дарвин предположил, что когда-то Земля и Луна составляли единое целое. В далеком прошлом эта расплавленная вязкая сфера очень быстро вращалась вокруг своей оси, совершая один полный оборот примерно за пять с половиной часов.
Дарвин предположил, что в дальнейшем приливное воздействие Солнца стало причиной так называемого разделения: кусок расплавленной Земли размером с Луну отделился от главной массы и в конце концов занял свое положение на орбите. Эта теория выглядела вполне разумно и стала главенствующей в начале XX в. Она подверглась серьезной атаке лишь в 1920-х, когда британский астроном Гарольд Джеффрис показал, что вязкость Земли в полурасплавленном состоянии препятствовала бы возникновению достаточно мощной вибрации, которая могла привести к разделению двух небесных тел.
Вторая теория , некогда убедившая ряд специалистов, называлась аккреционной теорией. Она гласила, что вокруг уже сформировавшейся Земли постепенно аккумулировался диск из плотных частиц, напоминающий кольца Сатурна. Предполагалось, что частицы этого диска в конечном счете объединились и образовали Луну.
Существует несколько причин, в силу которых такое объяснение не может быть удовлетворительным. Одной из главных является угловой момент движения системы Земля - Луна, который никогда не стал бы таким, как он есть, если бы Луна образовалась из аккреционного диска. Существуют также затруднения, связанные с образованием океанов расплавленной магмы на «новорожденной» Луне.
Третья теория о происхождении Луны появилась примерно в то время, когда были запущены первые лунные зонды; она получила название теории целостного захвата. Предполагалось, что Луна возникла вдалеке от Земли и стала блуждающим небесным телом, которое попросту было захвачено земным тяготением и вышло на орбиту вокруг Земли.
Теперь эта теория тоже вышла из моды по нескольким причинам. Соотношение изотопов кислорода в горных породах на Земле и на Луне убедительно доказывает, что они возникли на одном расстоянии от Солнца, чего не могло быть в том случае, если бы Луна сформировалась в другом месте. Существуют также непреодолимые трудности в попытке построения модели, в соответствии с которой небесное тело размером с Луну могло бы выйти на стационарную орбиту вокруг Земли. Такой огромный объект не мог аккуратно «подплыть» к Земле на малой скорости, словно супертанкер, швартующийся к пристани; он почти неизбежно должен был врезаться в Землю на большой скорости или пролететь рядом с ней и устремиться дальше.
К середине 1970-х все предыдущие теории формирования Луны по той или иной причине столкнулись с трудностями. Это привело к созданию практически немыслимой ситуации, когда прославленные эксперты могли публично признать, что они просто не знают, как или почему Луна оказалась на своем месте.
Из этой неопределенности родилась новая теория , которая в настоящее время считается общепринятой, несмотря на некоторые серьезные вопросы. Она известна как теория «большого столкновения».
Идея возникла в Советском Союзе в 60-х гг. у русского ученого B.C. Савронова, который рассматривал возможность возникновения планет из миллионов астероидов разного размера, называемых планетзималями.
В ходе независимого исследования Хартманн вместе со своим коллегой Д.Р. Дэвисом предположил, что Луна образовалась в результате столкновения двух планетных тел, одним из которых была Земля, а другим - блуждающая планета, размером не уступавшая Марсу. Хартманн и Дэвис полагали, что две планеты столкнулись специфическим образом, в результате чего произошли выбросы вещества из мантии обоих небесных тел. Это вещество было выброшено на орбиту, где постепенно объединилось и уплотнилось для формирования Луны.
Новая информация, полученная путём детального изучения образцов с Луны, почти подтвердила теорию столкновения: 4,57 миллиарда лет назад протопланета Земля (Гея) столкнулась с протопланетой Тейя. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту.
Из этих обломков собралась прото-Луна и стала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля, в результате удара, получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения.
В двух новых исследованиях, опубликованных в свежем выпуске журнала Nature, ученые приводят свидетельства того, что химическое сходство Земли и Луны обусловлено основательным смешиванием вещества, образованного при столкновении Земли с другой планетой.
Таким образом, сторонники основной теории происхождения земного спутника получили новые подтверждения своей правоты и причём довольно весомые. Но, немецкие учёные утверждают, что другие теории нельзя просто так списывать со счетов, поскольку новые данные, хотя и серьёзно подтверждают основную теорию, но всё же не на сто процентов. Поэтому пока ещё есть возможность выбрать для себя наиболее близкую теорию из всех существующих, или даже придумать новую!
Редкий роман или поэма о любви обходятся без такого персонажа как Луна. Где происходят самые романтические встречи? Конечно же под Луной. А уж серенаду под балконом любимой и представить нельзя без висящего над черепичными крышами месяца.
Кто же сделал нам такой подарок, откуда взялся у Земли естественный спутник? Не останавливаясь на версиях строительства Луны древними супер развитыми землянами или Луны, как - космического корабля инопланетян, периодически спускающихся на нашу планету и похищающих пару-тройку особо назойливых уфологов, остановимся на наиболее правдоподобных и популярных в научной среде гипотезах.
Луна довольно крупный спутник в масштабах Солнечной системы, а если рассматривать пропорционально материнской планеты, то - очень крупный. Самым большим спутником в Солнечной системе является спутник Юпитера Ганимед, он в два раза массивнее Луны и в полтора раза больше. Однако, в сравнении со своей планетой Ганимед - пылинка: менее 4% по размерам и около 0,008% по массе. В то время как диаметр Луны составляет около 27% от земного, а масса её - более одного процента от массы нашей планеты.
До начала прошлого века в научной среде вопроса, как образовалось Луна, по большому счёту не было. Большинство астрофизиков дружно проповедовали гипотезу об одновременном формировании Земли вместе со спутником из начального газопылевого облака. Однако позже этот вариант стал приобретать всё больше противников, утверждавших, что гравитация Земли не позволила бы образоваться на своей орбите такому большому космическому телу.
Добавило очков противникам теории и изучение грунта, доставленного с Луны в ходе пилотируемых полётов НАСА. Как оказалось, образцы пород нашего спутника, отличаются от земных как по плотности, так и по химическому составу: меньшим содержанием железа и некоторых других тяжёлых элементов.
Поверхность спутника Земли
Мог ли от Земли «отвалиться» кусочек
Примерно в 70…80 годы двадцатого века родилась гипотеза, согласно которой Луна была сформирована из вещества, оторвавшегося от Земли. Согласно ей, это стало возможным, когда наша планета была ещё в стадии формирования и состояла из чрезвычайно горячих пород, находящихся в жидком состоянии.
Вещество отделилось от поверхности протопланеты в результате её очень быстрого вращения под воздействием центробежных сил. Теория частично объясняла и разницу в химическом составе. Более тяжёлые элементы находились в центральной части Земли и остались, а вот соединения полегче находились снаружи быстровращающейся сферы, они-то и были «сброшены».
Предположение было сделано сыном автора теории происхождения видов — Чарльза Дарвина. Известно, что Луна постепенно отдаляется от Земли (что-то около 2 сантиметров в год). Основываясь на данном факте, как бы «отмотав» время назад, Джордж Дарвин предположил, что когда-то Земля со спутником были единым целым.
Опровергла теорию математика. Тщательные расчёты показали, что Луна не могла бы приблизиться к Земле ближе 7…10 тысяч километров.
Космический детектив с похищением
Вариант похищения Луны Землёй был предложен американцами ещё в самом начале 20 века. Согласно выдвинутого предположения, самостоятельное некогда небесное тело было захвачено гравитацией нашей планеты. Теория прекрасно объясняла разницу в плотности и химическом составе лунных пород по сравнению с земными.
Ложкой дёгтя, в конце концов и погубившей гипотезу, стали всё те же компьютерные модели. Согласно проведённых расчётов, гравитационный захват такого массивного тела практически невозможен.
«Ударная» версия
Ударная версия происхождения Луны в представлении художника
Новыми красками наполнились исследования нашего естественного спутника после доставки на Землю образцов лунных пород. Около двухсот грамм доставил на Землю советский аппарат «Луна-24», ну и около двухсот килограмм в общей сложности привезли на планету американские пилотируемые миссии. Изучение образцов дало новый толчок к решению вопроса: как образовалась Луна. Итак, исследователей поразили два факта, выявленные в ходе исследования образцов лунной поверхности.
Во первых: как оказалось, грунт на Земле и на Луне при всех различиях химического состава, абсолютно идентичен по содержанию тяжёлых изотопов кислорода (показатель индивидуальный для всех тел Солнечной системы). Это дало в руки исследователей свидетельство того, что оба объекта или когда-то были единым целым, или же были образованы в одной и той же области системы, на примерно одинаковом расстоянии от светила.
Факт номер два состоял в том, что весь грунт, составляющий поверхность нашего спутника был в прошлом расплавлен (бывшая лава), как все базальтовые породы Земли. Об этом астрономам рассказало практически полное отсутствие в образцах воды и некоторых других легко испаряющихся элементов, таких, как калий и литий. А современный вид лунный грунт приобрёл в результате длительной, на протяжении миллиардов лет, бомбардировки астероидами и метеоритами разных размеров, превративших поверхность в пыль.
Сложение этих двух фактов дало людям четвёртую теорию обретения Луны, которая в настоящее время является основной, принимаемой большинством серьёзных научных организаций и объясняющей наибольшее количество лунных загадок. Это теория «Большого столкновения».
Предполагается, что на заре формирования Солнечной системы в районе, где сейчас вращается наша планета, образовалось ещё одно небесное тело, протопланета, размером с нынешний Марс. Романтики даже придумали ему название: Тейя. В период, когда обе планеты ещё до конца не остыли и были покрыты океанами расплавленного камня, произошло их столкновение, Тейя по касательной врезалась в будущую Землю.
Часть вещества Тейи, вместе с тяжёлым железным ядром, навсегда осталась на Земле. Другая, очень небольшая, часть в результате удара получила скорость достаточную для того, чтобы навсегда покинуть пределы Солнечной системы. И, наконец, третья часть обломков Тейи оказалась на орбите Земли. Примерно через год после удара обломки соединились и образовали Луну.
Сразу наш спутник был чрезвычайно горячим, всю его поверхность покрывал многокилометровый океан жидкой лавы, время от времени сотрясаемый жуткими цунами, вызванными врезающимися в огненную пучину комет и астероидов. Однако через несколько сот миллионов лет Луна остыла и потихоньку стала приобретать привычные нам очертания.
Получила качественные изменения в результате удара и наша планета. Увеличилась её скорость вращения. По некоторым расчётам сутки сразу после столкновения длились всего-то менее пяти часов. Кроме этого, в результате слияния железно-никелевых ядер Протоземли и Тейи, внутреннее металлические ядро нашей планеты ощутимо выросло.
И в результате…
Значение этого космического происшествия для землян трудно переоценить. Пожалуй, можно согласиться с теми учёными, которые считают, что благодаря столкновению на Земле и существуют условия для существования жизни.
Именно в результате соединения Земли и Тейи наша планета получила массивное железное ядро. Благодаря наличию естественного спутника, довольно тяжёлого относительно материнской планеты, на Земле существуют приливные явления. И не только в океанах.
Приливные силы постоянно: то растягивают, то сжимают земное ядро, в результате чего силы трения разогревают сердце нашей планеты. В жидком горячем ядре создаются условия для образования гигантских вихревых явлений - источника магнитного поля планеты Земля.
Наш ближайший сосед по Солнечному «дому» — Марс не имеет такого активного ядра, не имеет магнитного поля. Многие астрономы склонны предполагать, что именно из-за этого на Марсе нет ни сколько-нибудь плотной атмосферы, ни воды, ни жизни. Солнечный ветер просто «сдул» с Марса все газы, освободив путь для смертоносной космической радиации.
Содержание статьи
ЛУНЫ ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ИСТОРИЯ. Истории Луны интересна не только сама по себе, но и как часть общей проблемы происхождения Земли и других планет Солнечной системы. В последнее время мы много узнали о физических и химических характеристиках Луны. Эти данные получены не только с Земли, но и с помощью космических аппаратов. Например, автоматические станции «Сервейор-5, -6 и -7», мягко севшие на Луну в 1967 и 1968, впервые позволили определить ее химический состав. Образцы лунных пород и пыли, доставленные американскими астронавтами по программе «Аполлон» (1969–1972) и советскими автоматическими аппаратами серии «Луна» (1970–1976), дали возможность детально измерить их химические и физические характеристики и установить по ним возраст Луны.
Полученные данные позволяют узнать многое об истории Луны, но вопрос о ее происхождении все равно остается трудным. Существует несколько теорий возникновения Луны. Согласно одной из них, Луна – это часть Земли, некогда оторвавшаяся от нее. Другая теория рассматривает Землю и Луну как двойную планету, сформировавшуюся при аккумуляции одного и того же вещества в пространстве. Третья теория утверждает, что Луна сформировалась независимо и затем была захвачена Землей.
Возраст лунной поверхности.
Крупные детали на поверхности Луны образовались в основном вследствие метеоритной бомбардировки. Только темные моря наверняка связаны с вулканической деятельностью, с извержением богатой железом базальтовой лавы.
Определение возраста лунных пород радиоизотопным методом показало, что некоторые образцы, доставленные «Аполлоном-17», имеют возраст 4,6 млрд. лет, т.е. почти тот же возраст, что и сама Луна. Однако большая часть материковых пород моложе примерно на 700 млн. лет. Это указывает, что активная бомбардировка Луны закончилась 3,9 млрд. лет назад, оставив после себя огромные круглые воронки, такие как Море Дождей и Море Восточное. Морской базальт еще моложе: от 3,9 до чуть более 3,0 млрд. лет. Однако анализ изотопов четко показывает, что разделение химических элементов в недрах Луны произошло 4,3 млрд. лет назад. Примерно в это время сформировались истоковые области основных лунных пород. См . РАДИОУГЛЕРОДНОЕ ДАТИРОВАНИЕ.
По окончании извержения последней морской лавы (вероятно, в Море Дождей) самым значительным событием в истории Луны было образование кратеров, таких, как Коперник (850 млн. лет назад) и постепенное нарастание толстого пылевого слоя – лунного реголита – под действием ударов мелких метеоритов и ионизующего облучения.
Поскольку лунные детали не сильно изменились за время существования Солнечной системы, по ним можно судить о самых ранних эпизодах в истории системы Земля – Луна. Тот факт, что большинство лунных кратеров гораздо старше самых древних земных пород, помогает понять, почему на Земле мы не встречаем крупных ударных бассейнов: обладая более мощным гравитационным полем, Земля в первые 700 млн. лет существования Солнечной системы должна была подвергаться более интенсивной бомбардировке, чем Луна, но активные геологические процессы на Земле уничтожили все свидетельства той бомбардировки.
Жесткость.
Различные данные позволяют заключить, что Луна значительно более жесткий объект, чем Земля, а значит, температура в недрах Луны была относительно невысокой. Изучение орбиты Луны и ее либраций показало, что фигура Луны представляет собой трехосный эллипсоид. Эта форма не соответствует той, которую должна была бы принять Луна под действием собственной силы тяжести, гравитационного поля Земли и центробежных сил, вызванных вращением Луны. Для поддержания этой неправильной формы требуется, чтобы Луна была жесткой, по крайней мере в своих внешних слоях.
Области большой концентрации массы – масконы, открытые в 1968 под лунной поверхностью, также указывают на достаточную жесткость внешних оболочек Луны. Масконы располагаются под круглыми морями, сформировавшимися в результате мощных столкновений (например, Море Дождей, Море Ясности, Море Кризисов, Море Нектара и Море Влажности), а также под областями, которые в прошлом могли быть морями, но затем оказались покрыты ударными кратерами. Масконы демонстрируют, что на Луне, по крайней мере в областях, лежащих над масконами, отсутствует изостазия – известное на Земле явление, при котором массивные блоки коры медленно тонут до тех пор, пока не достигнут равновесия с остальными участками коры.
Для объяснения масконов предложены различные гипотезы: 1) это остатки упавших на Луну тел. Возникшие при ударе кратеры должны были заполниться расплавленными силикатами, фрагментами породы и пылью, образовав ровную морскую поверхность. При разумных допущениях эта идея обеспечивает хорошее согласие наблюдаемого избытка массы с возможной массой падавших объектов; 2) масконы образованы потоками лавы, заполнившей большие ударные бассейны. Однако трудно поверить, что миллионы кубических километров лавы могли излиться в эти области и затем не растечься; 3) это наружные «пробки» плотного вещества мантии, застывшего в местах столкновений.
Плотность и химический состав.
Средняя плотность Луны 3,34 г/см 3 . Это близко к плотности метеоритов хондритов, т.е. солнечного вещества, за исключением наиболее летучих его компонентов, таких, как водород и углерод. Плотность Луны близка и к плотности земной мантии; по крайней мере, это не противоречит гипотезе о том, что Луна некогда оторвалась от Земли. Значительно более высокая средняя плотность Земли (5,5 г/см 3) в основном обусловлена плотным железным ядром. Низкая плотность Луны означает отсутствие у нее заметного железного ядра. Более того, момент инерции Луны свидетельствует о том, что это шар однородной плотности, покрытый анортозитовой (богатый кальцием полевой шпат) корой толщиной 60 км, что подтверждается сейсмическими данными. См . ЗЕМЛЯ; МЕТЕОРИТ.
Основными лунными породами являются: 1) морские базальты, более или менее богатые железом и титаном; 2) материковые базальты, богатые камнем, редкоземельными элементами и фосфором; 3) алюминиевые материковые базальты – возможный результат ударного плавления; 4) магматические породы, такие, как анортозиты, пироксениты и дуниты.
Реголит (см. выше ) состоит из фрагментов основной породы, стекла и брекчии (порода, состоящая из сцементированных угловатых обломков), образовавшихся из основных типов пород. Лунные породы не полностью схожи с земными. Обычно лунные базальты содержат больше железа и титана; анортозиты на Луне более обильны, а летучих элементов, таких, как калий и углерод, в лунных породах меньше. Лунные никель и кобальт, вероятно, были замещены расплавленным железом еще до окончания формирования Луны. См . БАЗАЛЬТ; БРЕКЧИЯ; ГЕОЛОГИЯ; МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ.
Тепловая история.
Современная температура лунных недр зависит от ее начальной температуры и тепла, выделившегося и сохранившегося с момента ее образования. Начальная высокая температура внешних слоев Луны в основном обязана кинетической энергии вещества, падавшего на Луну на заключительной стадии ее формирования. Определенный вклад мог внести и короткоживущий изотоп алюминий-26. Вместе эти явления могли породить «океан» расплавленной магмы глубиной в сотни километров и дефицит летучих элементов.
Выделение тепла в глубоких слоях Луны зависит от концентрации радиоактивных изотопов уран-235, уран-238, торий-232 и, в меньшей степени, калий-40. Сохранение этого тепла зависит от теплопроводности внешних слоев Луны. Тепловой поток из лунных недр был измерен экспедициями «Аполлон-15 и -16» и показал относительно высокое содержание урана и тория на фоне дефицита других тугоплавких элементов. Современный температурный профиль Луны, т.е. ход температуры с глубиной, был изучен в экспериментах по электропроводности. Оказалось, что температура плавления достигается лишь на глубине 1000 км; это согласуется с сейсмическими данными о небольшом расплавленном ядре и глубине очагов лунотрясений около 800 км.
Происхождение.
В конце 19 в. Дж.Дарвин предположил, что Луна оторвалась от Земли в результате резонанса колебаний. Если объединить Луну и Землю, то период вращения составил бы примерно 4 ч. Период естественных колебаний Земли, по мнению ученых 19 в., был около 2 ч. Это указывает, что мог возникнуть резонанс, приводящий к усилению колебаний до такой степени, что от единого тела мог оторваться небольшой «кусочек» – Луна. Но теперь известно, что период собственных колебаний Земли короче 1 ч. Кроме того, затухание колебаний, вызванное сильным внутренним трением, не позволило бы им достичь большой амплитуды. К тому же только что отделившаяся Луна должна была бы обращаться по орбите быстрее Земли, и приливные силы вернули бы ее обратно.
Теорию отделения Луны пытались недавно возродить идеей о том, что момент инерции Земли уменьшился, когда ее вещество разделилось на металлическое ядро и силикатную мантию; от этого возросла скорость вращения, что и заставило часть вещества оторваться в качестве самостоятельного тела. Но все равно для этого требуется высокая начальная скорость вращения Земли, чтобы гигантская энергия вращения затем диссипировала в тепло земных недр, а большая часть момента была бы унесена из системы Земля – Луна, например, путем выброса значительной массы (что выглядит уж совсем невероятно). Итак, проблемы, связанные с сохранением энергии и момента импульса, делают теорию отделения Луны от Земли маловероятной. Последние химические данные, особенно в отношении железа и редкоземельных элементов, показали, что состав лунной поверхности существенно отличается от земной. Поэтому теорию отделения сейчас не рассматривают всерьез.
Ряд других теорий происхождения Луны основан на том, что она могла образоваться при объединении мелких частиц, движущихся по орбите вокруг первобытной Земли. В одной из моделей Земля и Луна формируются из единого газового облака как двойная планета. Но это маловероятно, поскольку по химическому составу Луна отличается от Земли, имеющей большое железо-никелевое ядро. Потерять же большую массу газа такая крупная планета, как Земля, не могла.
Другая теория двойной планеты утверждает, что Луна образовалась из облака мелких твердых частиц, обращавшихся вокруг Земли на последней стадии ее формирования. Предполагается, что эти частицы отличались от Земли по химическому составу и содержали больше воды или меньше тяжелых элементов, таких, как никель и железо. Но если было так, то система Земля – Луна должна была бы иметь больший удельный момент импульса, чем это следует из соотношения между массой и моментом для планет. По оценкам, Луна могла бы сформироваться из таких частиц за очень короткое время – примерно за 80 лет. В этом случае Луна была бы горячей, вопреки указанным выше фактам.
Теория захвата Луны популярна среди ученых, хотя на первый взгляд она кажется маловероятной, поскольку при захвате Луна должна была бы потерять большую энергию, равную Gm 1 m 2 /2c , где m 1 и m 2 – массы Земли и Луны, G – гравитационная постоянная, c – большая полуось орбиты (среднее расстояние между Землей и Луной). Предлагались различные механизмы захвата. В одном из них Луна была захвачена на обратную орбиту (т.е. обращалась вокруг Земли в направлении, противоположном движению большинства тел Солнечной системы); затем приливное влияние Земли уменьшило лунную орбиту и перевернуло ее плоскость, т.е. сначала орбита стала полярной, а затем прямой, с привычным нам направлением обращения; после этого размер орбиты начал возрастать. В точке наибольшего сближения с Землей расстояние до Луны было 2,9 земных радиуса. В этом случае потеря энергии должна составить 10 килоджоулей на каждый грамм лунного вещества, что примерно вчетверо больше энергии, необходимой для полного плавления Луны. Поэтому такую теорию трудно принять.
Согласно другой теории, сначала было захвачено несколько небольших лун, а позже из них сформировалась современная Луна. Только после этого приливные эффекты стали играть заметную роль, поэтому маленькие спутники могли находиться вблизи Земли длительное время. Разрушительный захват, в результате которого Луну буквально разорвало, когда она прошла вблизи Земли, мог бы объяснить потерю ею первоначального железа. С другой стороны, захват при столкновении мог бы объяснить сравнительно позднюю бомбардировку Луны. При этом избыток энергии был израсходован при столкновениях с малыми лунами, а бомбардировка происходила, когда Луна, удаляясь от Земли, встречалась с оставшимися спутниками.
По имеющимся данным можно предположить, что Земля сформировалась с периодом вращения около 10 ч, что дало ей большой удельный момент импульса. Одна Луна (или несколько лун) была захвачена Землей; эта Луна (или луны), обращаясь вокруг Земли, присоединяла к себе прочие тела, а некоторые выбрасывала с околоземной орбиты на околосолнечную. При этом Луна обращалась в прямом направлении по орбите с главной полуосью около 40 земных радиусов, которая не лежала в плоскости экватора Земли. Быстрое удаление Луны от Земли должно было начаться лишь в недавнем геологическом прошлом, когда океаны и континентальный шельф стали достаточно мощными, чтобы усилить приливное трение.
Теории захвата предполагают, что луноподобные объекты сформировались где-то до их захвата. Вполне вероятно, что этому способствовало наличие различных газов. Газовым телам свойственна гравитационная неустойчивость; это является главной причиной формирования звезд (см . ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС) . Этот же процесс мог способствовать аккумуляции твердых частиц в протопланетном облаке вокруг Солнца. Позже энергия излучения и вращающееся магнитное поле вытеснили газ из облака, а твердые тела остались на гелиоцентрических орбитах.
Луна – весьма необычный спутник. Только Харон – спутник Плутона, открытый в 1978, еще более массивен по отношению к своей планете. Если бы теории отрыва от Земли или теории двойной планеты были верны, то выглядело бы странным, почему Венера, столь похожая на Землю по массе и расстоянию от Солнца, не имеет спутника. Более того, Венера вращается в обратную сторону. Если бы у Меркурия, Венеры, Земли и Марса имелись большие спутники, двигающихся в прямом направлении, то Галилей и все ученые после него согласились бы, что эти спутники оторвались от своих планет или образовались вместе с ними. Странный наклон осей вращения многих планет и обратное вращение Венеры дают повод предполагать, что процесс их формирования протекал в присутствии многих крупных объектов типа Луны, и они, сталкиваясь, образовали планеты. И только Земля смогла захватить один из этих объектов, который стал нашей прекрасной Луной. А Венера, испытав столкновение с объектом, движущимся в обратном направлении, сама начала вращаться в том же направлении.
> > > Как образовалась Луна
Узнайте, как появилась Луна – единственный спутник Земли. Описание теорий создания Луны с фото: захват, масштабный удар и одновременное появление с Землей.
После того, как наша звезда Солнце пролила свет, начали формироваться планеты. А вот Луна решила подождать еще несколько миллионов лет. Как же она сформировалась? Есть теории: масштабный удар, одновременное появление и захват. Давайте внимательнее рассмотрим историю Луны.
Теории образования Луны
Масштабный удар
Это главная идея, у которой больше всего сторонников. Земля появилась из пылевого и газового облака. Тогда Солнечная система представляла собою настоящее поле боя, в котором объекты постоянно сталкивались, сливались и меняли орбиту. Один из них попал в Землю, которая как раз только сформировалась.
Ударный объект размером с Марс называют Тейя. При столкновении от нашей планеты отделились куски коры. Гравитация начала притягивать их, пока не образовался целостный объект. Это объясняет, почему Луна создана из более легких элементов, а также обладает меньшей плотностью, чем Земля. Когда материал сконцентрировался вокруг остатков ядра Тейи, то задержался около плоскости земной эклиптики.
Совместное формирование
Планеты и спутник могут формироваться одновременно. То есть, гравитация заставляла кусочки сгущаться и параллельно создавались два объекта. В таком случае, спутник будет обладать похожим с планетой составом и находиться неподалеку. Но Луна все же менее плотная, чего не должно быть, если они появились с одинаковыми тяжелыми элементами в ядре.
Захват
Касательно истории Луны есть мнение, что земная гравитация могла схватить пролетающее мимо тело (так было с марсианскими Фобосом и Деймосом). Скалистое тело могло сформироваться в другом месте нашей системы и втянулось в земную орбиту. Эта теория объясняет различие в составах. Но и здесь есть нестыковки, ведь обычно такие объекты имеют странную форму, а не сферическую. Да и орбитальный путь не встраивается в эклиптику.
Хотя две последние теории объясняют некоторые моменты, но они все же игнорируют множество важных вопросов. Поэтому первое предположение пока является наилучшей моделью появления спутника. Теперь вы больше знаете о том, как появилась Луна.
