4 теории о том, как образовалась луна

Научные исследования раскрыли немало фактов о ближайшем к нам космическом объекте, но на вопрос, как появилась Луна и откуда взялась около Земли, ученые не дают точного ответа. В истории исследования Луны были различные гипотезы о ее возникновении.

Гипотезы о происхождении Луны

Первые упоминания встречаются в наскальных рисунках пещерных людей, живших 35-40 тыс. лет назад. Изучение Луны с научной точки зрения впервые началось в Древней Греции. Аристарх Самосский, древнегреческий астроном (320-250 г. до н.э.), верно предположил, что от Земли до ночного светила расстояние составляет 60 радиусов планеты (среднее величина равна 384 467 км, т.е. 30 земных диаметров).

Ученый Галилео Галилей, наблюдая за Луной, в 1609 г. заметил на поверхности объекта пятна и предположил, что темные области — это морские пространства, а светлые — материки, покрытые возвышенностями, кратерами.

Образование из единого газопылевого облака

В 1755 г. И. Кант в работе о теории неба выдвинул версию, что Солнечная система и ближайшие звезды образовались из туманности после взрыва сверхновой звезды, бывшей тяжелее Солнца в 30 раз. Произошедший 4,5 млрд лет назад взрыв породил газопылевое облако, из частиц которого образовалась Земля и спутник.

Эта гипотеза называется сестринской и предполагает, что вначале сформировалась Протоземля, а когда рост ее массы приостановился, из газопылевых частиц стал создаваться околопланетный рой — основа будущего спутника.

Верность этой теории подтверждает сходство химического состава планеты и спутника. В качестве опровержения приводится необъяснимость разницы плотности двух комических объектов и низкого содержания химических элементов в составе лунного вещества — 16,2% Са, 22,5% Fe, 22,6% Si, 38,7% О.

Ученые считают невозможным образование на орбите Земли большого космического объекта из-за земной гравитации. Хотя та же гравитация способна притянуть такой объект из глубин космоса.

Образование спутника и нашей планеты из единого газопылевого облака

образование из облака

Земля, как и все планеты Солнечной системы, образовалась из аккреционного диска, возникшего после формирования Солнца. Она постепенно приращивала свою массу за счет пыли, газов и других частиц. Утверждение о совместной аккреции нашей планеты и ее спутника предполагала, что они сформировались как двойная планета, имеющая один орбитальный путь. Предшественница Земли быстрее наращивала массу, а вокруг нее появилось скопление пыли и частиц. Оно постепенно приобрело собственную орбиту и оформилось в твердое небесное тело – Луну.

Подтверждением данной гипотезы является схожесть состава Земли и ее спутника. Но против нее говорит дефицит железа и летучих веществ в образцах лунной поверхности, разность плотности обоих тел и отношение лунной и земной орбит.

Теория захвата

Вариант о захвате Землей спутника предложил в 1909 г. американский астроном Томас Си. По версии ученого, Луна была планетой Солнечной системы.

По необъяснимым причинам она сместилась на эллиптическую орбиту, скрестившуюся с орбитой Земли, и была притянута земным гравиполем.

По причине твердости лунной поверхности считается, что это произошло недавно. Если бы спутник сформировался в одно с Землей время, в скопившемся на нем пылевом слое утонули бы исследовательские аппараты.

Эта гипотеза имеет и слабые стороны:

  1. Захваченные в подобных условиях спутники Юпитера вращаются в противоположном с планетой направлении, Луна — в одном направлении с Землей.
  2. Результаты компьютерной имитации показывают, что захват земным гравитационным полем пролетающего рядом космического объекта, схожего по массе с Луной, маловероятен. Более правдоподобной выглядит версия столкновения такого объекта с планетой или его выталкивание далеко за границы орбиты.
  3. Полное сходство соотношения кислородных изотопов состава двух космических объектов.

Конкурирующие версии

  1. Теория о том, что Луна изначально была сформирована в одно время с нашей планетой,
  2. гипотеза, предполагающая формирование как процесс слияния многих небесных тел, вращающихся по орбите планеты.

Однако, уже в XX веке все три первоначальные теории были опровергнуты.

  • Основным аргументом против них стали анализ лунного грунта и компьютерное моделирование процесса отделения спутника от Земли. Дело в том, что анализ грунта показал, что он значительно отличается от земного, а модель, построенная на компьютере, доказала невозможность отделения от Земли сгустка материи (то есть опровергла теорию Дарвина).

Тогда астрономам и ученым, изучающим космос, пришлось вновь биться над загадкой происхождения Луны.

Гипотеза центробежного разделения

В 1878 г. английский астроном Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, предложил теорию: ночное светило, бывшее частью Земли, впоследствии отделилось. По его версии Земля в начале существования представляла горячую жидкую массу, вращающуюся с большой скоростью.

При вращении центробежная сила так вытягивала массу в зоне экватора, что от нее оторвалась часть вещества, которая после остывания стала Протолуной. Указывалось и место такого отрыва — Тихоокеанский бассейн.

Подтверждением этой версии является идентичность плотности Луны и геосферы Земли и установленная в процессе исследований высокая скорость вращения планеты в прошлом.

Но есть и опровержения:

  1. По расчетам нужная для отрыва скорость вращения Земли должна составлять 1-2 часа. Появление и снижение такой скорости объяснить невозможно.
  2. Исследования тектоники земной литосферы доказывают, что бассейн Тихого океана, где и случился отрыв части будущей Луны, существует 70 млн лет и не мог образоваться в результате центробежного отделения.

Войти на сайт

КОСМОС 23 ноября 2018

Меня часто спрашивают как образовалась наша Луна? Всегда ли Луна была спутником Земли? Было ли время, когда Луны на небе не было? Давайте попробуем разобраться в этих вопросах.

Источник: nasa.gov

Возраст Луны установлен с довольно высокой точностью и он составляет около 4.5 миллиардов лет. Т.е. по сути Луна — ровесница Земли которая начала формироваться не намного раньше. Рассмотрим основные теории того откуда взялась Луна.

Теория гигантского столкновения

Согласно этой теории Луна сформировалась в результате столкновения ранней Земли и небесного тела размером с Марс. Часть этого небесного тела была поглощена Землей, а из осколков сформировался спутник Земли — Луна. Гипотетическое небесное тело, с которым столкнулась Земля называют Тейя.

Источник: wikipedia.org

Эта теория хорошо объясняет то, почему Луна состоит в основном из легких элементов и имеет гораздо меньшую плотность, чем Земля. Это случилось потому, что при столкновении на орбиту были выброшены в основном большие слои коры и мантии как Тейи, так и Земли. Именно из этих осколков в этой теории сформировалась Луна.

Кроме того, эта теория прекрасно объясняет орбиту Луны, так как моделирование показывает, что с течением времени эти осколки должны были собраться в районе плоскости эклиптики и именно в этой плоскости и лежит орбита Луны.

Источник: watchers.news

Теория захвата

Согласно этой теории Луна и Земля сформировались раздельно друг от друга, а затем Луна была захвачена Землей и стала обращаться вокруг нашей планеты.

Подобным образом на свои орбиты вышли многие спутники в Солнечной системе. Например совершенно точно, что спутники Марса Фобос и Деймос были им захвачены.

Источник: slideshare.com

Эта теория была довольно популярна в 80-е годы, однако со временем была признана нереалистичной прежде всего потому, что при сближении небесного тела размером с Луну с Землей гораздо более вероятным исходом является столкновение или пролет мимо, а не захват.

Вероятность того, что Луна двигалась как раз с нужной скоростью и в нужном направлении, чтобы выйти на орбиту близкую к круговой вокруг Земли в плоскости эклиптики крайне мала. В случае если бы Луна была захвачена Землей ее орбита скорее всего лежала бы вне плоскости эклиптики, а также скорее всего имела бы большой эксцентриситет.

Теория совместной формации

Эта теория гласит, что Луна и Земля изначально сформировались вместе с Землей как двойная системе планета-спутник. Текущая орбита Луны прекрасно вписывается в эту теорию, однако анализ образцов лунного грунта не подтверждает эту теорию.

Источник: watchers.news

Однако, эта теория не объясняет того, почему плотность Луны почти в два раза меньше плотности Земли. Если Луна и Земля формировались из одного и того же вещества, то их плотность должна была быть примерно одинаковой, но этого не наблюдается.

Кроме вышеописанных существует еще несколько теорий разной степени научности описывающих образование луны. К примеру существует теория о том, что якобы протоземля вращалась так быстро, что выбросила часть своего вещества из-за центробежной силы на орбиту и сегодняшний Тихий океан это «шрам» от этого выброса. Подобные теории были отброшены наукой как совершенно не согласующиеся с фактами.

Несмотря на то, что теории совместной формации и теория захвата хорошо объясняют многие особенности поведения системы Земля-Луна все же теория гигантского столкновения дает наибольшее согласие со всеми наблюдаемыми фактами и именно эта теория является общепринятой на данный момент.

https://zen.yandex.ru/media/deep_cosmos/otkuda-vzialas-luna-5bf4e41586963000a9090669

Гипотеза столкновения, или модель мегаимпакта

Еще одна гипотеза появления Луны — теория американских планетологов Д. Дэвиса и У. Хартманна, опубликованная в 1975 г. По их версии, в самом начале существования Земли произошло ее столкновение с планетоидом размером с Марс.

Этот гипотетический объект назван Тейей. Удар произошел по касательной, но из-за столкновения части вещества Тейи и земной геосферы оказались выброшены на околоземную орбиту.

Инородное тело

Мнения ученых относительно развития событий разделились. По одному варианту, Протолуна после такого столкновения сформировалась из большего количества вещества Тейи, чем Земли. В качестве доказательства приводится небольшое содержание железа в составе лунного грунта — 22,5%.

Но после получения образцов пород нашего спутника и их подробных анализов выяснилось, что по содержанию тяжелых изотопов кислорода, титана и вольфрама состав лунного и земного материалов идентичен, чего не могло произойти при образовании Луны из обломков Тейи.

Фрагмент Земли

Версия, что при ударе преобладающая часть исторгнутого вещества содержала элементы земной мантии, опирается на сходство состава земной и лунной пород, но не объясняет низкий процент железа в веществе Луны и различие плотностей материалов.

Два в одном

Третий вариант теории мегаимпакта объединяет две предыдущих версии, уточняя, что основой Протолуны послужило единое вещество, образовавшееся из частей двух столкнувшихся объектов.

В октябре 2020 г. было опубликовано исследование, одним из авторов которого выступал Кун Ван, доцент Вашингтонского университета. Ученый считал, что в случае гипотезы испарения часть лунных пород состояла бы из вещества планетоида, ударившего Землю.

Однако по результатам исследования изотопного состава образцов стало ясно, что породы Луны подвергались таким температурам, возникновение которых возможно в случае сильного удара. При этом планета-пришелец и часть нашей планеты испарились бы, а образованный при этом пар занял бы территорию, превышающую площадь Земли.

Теории происхождения Луны из обломков

По другой версии, Луна образовалась в результате космической катастрофы, теория происхождения Луны из обломков: некогда, около 4,5 млрд лет назад, Земля столкнулась с очень массивным телом, имеющим приблизительно размер Марса.

Столкновение было очень сильным, и железное ядро чужой планеты, как нож в масло, вошло внутрь нашей Земли. Из-за огромной температуры, явившейся следствием столкновения и мгновенного высвобождения массы энергии, поверхностные слои были сплавлены и образовали что-то вроде магмы. Часть газа магмы и осколков была выброшена в космос, где образовала новое тело — будущую Луну.

Ученые предполагают, что в каком-то плане столкновение оказало Земле услугу — установилась скорость вращения, которая наилучшим образом подходит для существования жизни. Луна, выброшенная вовне, стала планетой, служащей для Земли противовесом и не позволяющей изменить наклон оси.

То есть именно Луна удерживает Землю в равновесном положении. Благодаря немного наклоненной оси на Земле возможна смена времен года, что оказывает благотворное влияние на живые организмы.

Современные ученые многократно моделировали на компьютере подобное развитие событий. Но компьютерное моделирование показывало, что при подобном столкновении Луна вряд ли могла стать небесным телом, скорее всего, мог образоваться пояс мелких астероидов, как это наблюдается, например, у Сатурна, или же несколько мелких лун.

Однако в конце 90-х годов XX века удалось воссоздать формирование только одной крупной Луны. Автор идеи Робин Кенап построил 27 моделей, воспроизводивших эволюцию состоявшего из разного количества обломков — от 1000 до 2700 — диска. Обломки имели в поперечнике от 60 до 700 км.

Исследователи прослеживали орбиты всех обломков, определяя, будут ли они при столкновениях «слипаться» и формировать единственный спутник планеты. Счет продолжался до тех пор, пока не оставались один или два спутника. В подавляющем большинстве случаев в итоге возникала одна Луна.

В нескольких случаях возникло два спутника, но один из них оказывался ближе к поверхности Земли и со временем, видимо, должен был упасть на нее.

Самое интересное, что образование Луны из обломков совсем не должно было растянуться на миллионы лет, как считали раньше. Для формирования Луны достаточно всего одного земного года. При этом первоначально она вращалась вокруг Земли с чудовищной скоростью, проходя орбиту за 7-8 часов. Во время вращения часть выброшенного Землей вещества снова попадала на Землю, не удерживаясь в космосе.

Доводы «за» и «против» этой теории

С этой гипотезой не все гладко. Компьютер упорно рассчитывает скорость обращения Земли вокруг оси в два раза выше, чем она есть на самом деле.

У теории есть сторонники и противники. Противники склоняются к невозможности столкновения из-за слишком малой вероятности такого события. По их сценарию, процесс мог завершиться и без образования дополнительной планеты.

Сторонники склонны считать, что скорость обращения Земли выше положенной существовала на самом деле. Просто за миллиарды лет, прошедшие после катастрофы, вращение Земли стало замедляться, и этот процесс мы наблюдаем и сегодня.

Этому предположению есть и косвенное подтверждение. Если принять за основу мифологические сведения, то первоначальная скорость обращения Земли вокруг оси была в несколько раз выше.

Именно поэтому приводимые в Библии и других древних текстах факты о продолжительности жизни людей кажутся нам недостоверными. Но если учитывать другую скорость вращения Земли, то и Моисей прожил не так долго, как мы знаем из Библии, и герои мифов имели длину жизни во вполне разумных пределах.

Не было там ни 900, ни 600 и ни 300 лет. Тем более что некоторые тексты напрямую указывают, что день и ночь гораздо быстрее сменяли друг друга. В сохранившихся преданиях о безлунной Земле, напротив, длина дня и ночи были больше, чем сейчас.

И намного. Единственное возражение в том, что после такой чудовищной катастрофы ни о какой жизни на Земле и речи идти не может. Жизнь должна была (если прежде существовала) погибнуть, а стало быть, некому было бы сохранить эту катастрофу в мифах.

Гипотеза испарения

Еще одной теорией естественного происхождения Луны является гипотеза, выдвинутая в 1955 г. эстонским астрономом Эрнстом Эпиком: сформировавшаяся Протоземля была окружена роем постоянно атакующих ее каменных частиц, из-за чего произошел нагрев до температуры примерно 2000ºC.

Большой объем вещества испарился назад в околоземное пространство. Летучие элементы сдул солнечный ветер, тяжелые соединились с частицами пыли и льда, вращающихся вокруг Земли, и образовали единый монолит — будущую Луну.

Эта гипотеза проясняет небольшое содержание железа в веществе спутника: к моменту нагревания планеты тяжелые породы уже попали в ядро Земли и содержание железа на поверхности снизилось. Однако геологические исследования Земли не подтвердили существования температур в 2000°С на стадии ее образования.

«Модель мегаимпакта»

Сегодня в научном мире при объяснении происхождение Луны наиболее популярна «гипотеза столкновения» или «модель мегаимпакта». В ее пользу говорит тот факт, что раньше Земля вращалась гораздо быстрее – один оборот вокруг своей оси она совершала за 2-3 часа, и только после столкновения с другим космическим объектом благодаря гравитационному взаимодействию двух орбит ее вращение стало замедляться. Как показало компьютерное моделирование, с динамической точки зрения такой сценарий вполне осуществим. Однако внутри данной версии нет единодушия. Ученые выделяют три ее варианта.

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.

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.

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.

Искусственный спутник

Кроме теорий о естественном происхождении сателлита выдвигались гипотезы о его искусственном появлении.

Пустотелая Луна

Плотность спутника составляет 60% плотности Земли. На основании этого факта было выдвинуто предположение, что Луна может быть полой. В 1969 г. американские ученые провели эксперимент: было организовано падение зонда на поверхность Луны, и установленные сейсмодатчики зафиксировали сильное лунотрясение. При повторении такого эксперимента в следующих исследованиях спутник трясло в течение нескольких часов.

Кроме результатов этого исследования ученые заметили необъяснимое усиление гравитации спутника, что дало основания считать его пустотелым и сформированным в обратном направлении — от поверхности к центру.

Гипотеза столкновения

Столкновение Луны

Эта гипотеза была предложена Уильямом Хартманом и Дональдом Дэвисом в 1975 году. По их предположению, протопланета (её назвали Тейя) размером примерно с Марс столкнулась с прото-Землей на ранней стадии её формирования, когда Земля имела примерно 90 % нынешней массы. 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 начала 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.

Почему именно эта гипотеза о происхождении Луны считается основной? Она хорошо объясняет все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Луна-Земля. Первоначально большие сомнения вызывала возможность столь удачного соударения (косой удар, невысокая относительная скорость) такого крупного тела с Землей. Но затем было предположено, что Тейя сформировалась на орбите Земли. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.

Но и у этой гипотезы есть свои уязвимые места, как, впрочем, у каждой гипотезы (ведь ГИПОТЕЗА в переводе с древнегреческого обозначает «предположение»).

Так вот, уязвимость этой гипотезы состоит в следующем: у Луны очень маленькое железо-никелевое ядро — оно составляет всего 2-3 % от общей массы спутника. А металлическое ядро Земли составляет около 30 % массы планеты. Для объяснения дефицита железа на Луне приходится принимать допущение, что ко времени столкновения (4,5 млрд. лет назад) и на Земле, и на Тейе уже выделилось тяжёлое железное ядро и образовалась лёгкая силикатная мантия. Но однозначных геологических подтверждений этому допущению не найдено.

И второе: если бы Луна так или иначе оказалась на орбите Земли в столь далёкое время и после этого не претерпевала существенных потрясений, то на её поверхности, по расчётам, успел бы скопиться многометровый слой оседающей из космоса пыли, что не было подтверждено при посадках космических аппаратов на лунную поверхность.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: